HiPIMS ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಪರಿಚಯ

ನಂ.1 ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಪಲ್ಸ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ತತ್ವ
ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಪಲ್ಸ್ಡ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ತಂತ್ರವು ಹೆಚ್ಚಿನ ಲೋಹದ ವಿಘಟನೆ ದರಗಳನ್ನು (>50%) ಸಾಧಿಸಲು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪೀಕ್ ಪಲ್ಸ್ ಪವರ್ (ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್‌ಗಿಂತ 2-3 ಆರ್ಡರ್‌ಗಳಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣ) ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಪಲ್ಸ್ ಡ್ಯೂಟಿ ಸೈಕಲ್ (0.5%-10%) ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಂದ ಪಡೆಯಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ, ಚಿತ್ರ 1 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ಗರಿಷ್ಠ ಗುರಿ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆ I ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ U ನ ಘಾತೀಯ n ನೇ ಶಕ್ತಿಗೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ, I = kUn (n ಎಂಬುದು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ರಚನೆ, ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ). ಕಡಿಮೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ (ಕಡಿಮೆ ವೋಲ್ಟೇಜ್) n ಮೌಲ್ಯವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 5 ರಿಂದ 15 ರ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ; ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ನೊಂದಿಗೆ, ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ವೇಗವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೋಲ್ಟೇಜ್‌ನಲ್ಲಿ ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಬಂಧನದ ನಷ್ಟದಿಂದಾಗಿ n ಮೌಲ್ಯವು 1 ಆಗುತ್ತದೆ. ಕಡಿಮೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಗಳಲ್ಲಿ, ಅನಿಲ ವಿಸರ್ಜನೆಯನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯ ಪಲ್ಸ್ ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ಅನಿಲ ಅಯಾನುಗಳಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ; ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ, ಪ್ಲಾಸ್ಮಾದಲ್ಲಿನ ಲೋಹದ ಅಯಾನುಗಳ ಪ್ರಮಾಣವು ಹೆಚ್ಚಾದರೆ ಮತ್ತು ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳು ಸ್ವಯಂ-ಸ್ಪಟ್ಟರಿಂಗ್ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಬದಲಾದರೆ, ಅಂದರೆ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾವನ್ನು ಸ್ಪಟರ್ ಮಾಡಿದ ತಟಸ್ಥ ಕಣಗಳು ಮತ್ತು ದ್ವಿತೀಯ ಲೋಹದ ಅಯಾನುಗಳ ಅಯಾನೀಕರಣದಿಂದ ನಿರ್ವಹಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು Ar ನಂತಹ ಜಡ ಅನಿಲ ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಪ್ಲಾಸ್ಮಾವನ್ನು ಹೊತ್ತಿಸಲು ಮಾತ್ರ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅದರ ನಂತರ ಸ್ಫಟರ್ ಮಾಡಿದ ಲೋಹದ ಕಣಗಳನ್ನು ಗುರಿಯ ಬಳಿ ಅಯಾನೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹದ ವಿಸರ್ಜನೆಯನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಕಾಂತೀಯ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ಕ್ರಿಯೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟರ್ ಮಾಡಿದ ಗುರಿಯನ್ನು ಬಾಂಬ್ ಮಾಡಲು ಮತ್ತೆ ವೇಗಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಹೆಚ್ಚು ಅಯಾನೀಕೃತ ಲೋಹದ ಕಣಗಳಾಗಿವೆ. ಗುರಿಯ ಮೇಲಿನ ತಾಪನ ಪರಿಣಾಮದ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಿಂದಾಗಿ, ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಗುರಿಯ ಸ್ಥಿರ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯನ್ನು ಖಚಿತಪಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು, ಗುರಿಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಅನ್ವಯಿಸಲಾದ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ತುಂಬಾ ದೊಡ್ಡದಾಗಿರಬಾರದು, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನೇರ ನೀರಿನ ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಗುರಿ ವಸ್ತುವಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ 25 W / cm2 ಕಡಿಮೆ ಇರುವ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಇರಬೇಕು, ಪರೋಕ್ಷ ನೀರಿನ ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆ, ಗುರಿ ವಸ್ತುವಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ ಕಳಪೆಯಾಗಿದೆ, ಉಷ್ಣ ಒತ್ತಡದಿಂದಾಗಿ ವಿಘಟನೆಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಗುರಿ ವಸ್ತು ಅಥವಾ ಗುರಿ ವಸ್ತುವು ಕಡಿಮೆ ಬಾಷ್ಪಶೀಲ ಮಿಶ್ರಲೋಹ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇತರ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಪ್ರಕರಣಗಳು ಕೇವಲ 2 ~ 15 W / cm2 ಕಡಿಮೆ ಇರಬಹುದು, ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳಿಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ. ಗುರಿ ಅಧಿಕ ತಾಪದ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಬಹಳ ಕಿರಿದಾದ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಪಲ್ಸ್‌ಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಮೂಲಕ ಪರಿಹರಿಸಬಹುದು. ಆಂಡರ್ಸ್ ಹೈ-ಪವರ್ ಪಲ್ಸ್ಡ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಒಂದು ರೀತಿಯ ಪಲ್ಸ್ಡ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ಎಂದು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸುತ್ತಾರೆ, ಅಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಸರಾಸರಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಮೀರುತ್ತದೆ 2 ಗೆ 3 ಪ್ರಮಾಣದ ಆದೇಶಗಳು, ಮತ್ತು ಗುರಿ ಅಯಾನು ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಾಬಲ್ಯ ಹೊಂದಿದೆ, ಮತ್ತು ಗುರಿ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ಪರಮಾಣುಗಳು ಹೆಚ್ಚು ಬೇರ್ಪಟ್ಟಿವೆ.

ಸಂಖ್ಯೆ 2 ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಪಲ್ಸ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟ್ಟರಿಂಗ್ ಲೇಪನ ಶೇಖರಣೆಯ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು

ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಪಲ್ಸ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿಘಟನೆಯ ದರ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಅಯಾನು ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸಲು ಪಕ್ಷಪಾತ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಲೇಪನ ಶೇಖರಣಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಕಣಗಳಿಂದ ಸ್ಫೋಟಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ಇದು ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ IPVD ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವಾಗಿದೆ. ಅಯಾನು ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ವಿತರಣೆಯು ಲೇಪನದ ಗುಣಮಟ್ಟ ಮತ್ತು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಮೇಲೆ ಬಹಳ ಮುಖ್ಯವಾದ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಬೀರುತ್ತದೆ.
IPVD ಬಗ್ಗೆ, ಪ್ರಸಿದ್ಧ ಥಾರ್ಟನ್ ಸ್ಟ್ರಕ್ಚರಲ್ ರೀಜನ್ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿ, ಆಂಡರ್ಸ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಶೇಖರಣೆ ಮತ್ತು ಅಯಾನ್ ಎಚ್ಚಣೆಯನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ರಚನಾತ್ಮಕ ಪ್ರದೇಶ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು, ಥಾರ್ಟನ್ ಸ್ಟ್ರಕ್ಚರಲ್ ರೀಜನ್ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಲೇಪನ ರಚನೆ ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಗಾಳಿಯ ಒತ್ತಡದ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಲೇಪನ ರಚನೆ, ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಅಯಾನ್ ಶಕ್ತಿಯ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧಕ್ಕೆ ವಿಸ್ತರಿಸಿದರು, ಚಿತ್ರ 2 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ. ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಅಯಾನ್ ಶೇಖರಣೆ ಲೇಪನದ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಲೇಪನ ರಚನೆಯು ಥಾರ್ಟನ್ ಸ್ಟ್ರಕ್ಚರ್ ಝೋನ್ ಮಾದರಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಶೇಖರಣಾ ತಾಪಮಾನದ ಹೆಚ್ಚಳದೊಂದಿಗೆ, ಪ್ರದೇಶ 1 (ಸಡಿಲವಾದ ಸರಂಧ್ರ ಫೈಬರ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು) ನಿಂದ ಪ್ರದೇಶ T (ದಟ್ಟವಾದ ಫೈಬರ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು), ಪ್ರದೇಶ 2 (ಸ್ತಂಭಾಕಾರದ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು) ಮತ್ತು ಪ್ರದೇಶ 3 (ಮರುಸ್ಫಟಿಕೀಕರಣ ಪ್ರದೇಶ) ಗೆ ಪರಿವರ್ತನೆ; ಶೇಖರಣಾ ಅಯಾನ್ ಶಕ್ತಿಯ ಹೆಚ್ಚಳದೊಂದಿಗೆ, ಪ್ರದೇಶ 1 ರಿಂದ ಪ್ರದೇಶ T, ಪ್ರದೇಶ 2 ಮತ್ತು ಪ್ರದೇಶ 3 ಕ್ಕೆ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ತಾಪಮಾನವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಫೈಬರ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳು ಮತ್ತು ಸ್ತಂಭಾಕಾರದ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ತಯಾರಿಸಬಹುದು. ಶೇಖರಣೆಗೊಂಡ ಅಯಾನುಗಳ ಶಕ್ತಿಯು 1-10 eV ಕ್ರಮಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ಠೇವಣಿ ಮಾಡಿದ ಲೇಪನ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಅಯಾನುಗಳ ಬಾಂಬ್ ದಾಳಿ ಮತ್ತು ಎಚ್ಚಣೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಲೇಪನಗಳ ದಪ್ಪವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

ನಂ.3 ಹೈ ಪವರ್ ಪಲ್ಸ್ಡ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಿಂದ ಗಟ್ಟಿಯಾದ ಲೇಪನ ಪದರವನ್ನು ತಯಾರಿಸುವುದು
ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಪಲ್ಸ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಿಂದ ತಯಾರಿಸಲಾದ ಲೇಪನವು ಹೆಚ್ಚು ದಟ್ಟವಾಗಿದ್ದು, ಉತ್ತಮ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಚಿತ್ರ 3 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟರ್ಡ್ TiAlN ಲೇಪನವು 30 GPa ಗಡಸುತನ ಮತ್ತು 460 GPa ಯಂಗ್‌ನ ಮಾಡ್ಯುಲಸ್ ಹೊಂದಿರುವ ಸ್ತಂಭಾಕಾರದ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯಾಗಿದೆ; HIPIMS-TiAlN ಲೇಪನವು 34 GPa ಗಡಸುತನವಾಗಿದ್ದರೆ, ಯಂಗ್‌ನ ಮಾಡ್ಯುಲಸ್ 377 GPa ಆಗಿದೆ; ಗಡಸುತನ ಮತ್ತು ಯಂಗ್‌ನ ಮಾಡ್ಯುಲಸ್ ನಡುವಿನ ಅನುಪಾತವು ಲೇಪನದ ಗಡಸುತನದ ಅಳತೆಯಾಗಿದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಡಸುತನ ಮತ್ತು ಚಿಕ್ಕದಾದ ಯಂಗ್‌ನ ಮಾಡ್ಯುಲಸ್ ಉತ್ತಮ ಗಡಸುತನವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. HIPIMS-TiAlN ಲೇಪನವು ಉತ್ತಮ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಸ್ಥಿರತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ TiAlN ಲೇಪನದಲ್ಲಿ 1,000 °C ನಲ್ಲಿ 4 ಗಂಟೆಗಳ ಕಾಲ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಅನೀಲಿಂಗ್ ಚಿಕಿತ್ಸೆಯ ನಂತರ AlN ಷಡ್ಭುಜೀಯ ಹಂತವು ಅವಕ್ಷೇಪಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಲೇಪನದ ಗಡಸುತನ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ HIPIMS-TiAlN ಲೇಪನವು ಅದೇ ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಶಾಖ ಚಿಕಿತ್ಸೆಯ ನಂತರ ಬದಲಾಗದೆ ಉಳಿಯುತ್ತದೆ. ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಲೇಪನಕ್ಕಿಂತ HIPIMS-TiAlN ಲೇಪನವು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಆರಂಭಿಕ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, PVD ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ತಯಾರಿಸಲಾದ ಇತರ ಲೇಪಿತ ಉಪಕರಣಗಳಿಗಿಂತ HIPIMS-TiAlN ಲೇಪನವು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದ ಕತ್ತರಿಸುವ ಉಪಕರಣಗಳಲ್ಲಿ ಉತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.