പിവിഡി പ്രക്രിയകളിൽ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ഫിലിം ഡെൻസിഫിക്കേഷനെ എങ്ങനെ സ്വാധീനിക്കുന്നു

ഭൗതിക നീരാവി നിക്ഷേപത്തിൽ (PVD), ഒരു കോട്ടിംഗിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ, ഇലക്ട്രിക്കൽ, കോറഷൻ-റെസിസ്റ്റൻസ് പ്രകടനം നിർണ്ണയിക്കുന്ന പ്രധാന സൂചകങ്ങളിലൊന്നാണ് ഫിലിം സാന്ദ്രത. ഹാർഡ് കോട്ടിംഗുകൾ, അലങ്കാര ഫിലിമുകൾ, ഒപ്റ്റിക്കൽ കോട്ടിംഗുകൾ, ഫങ്ഷണൽ നേർത്ത ഫിലിമുകൾ എന്നിവയ്ക്ക്, ഒരു സാന്ദ്രമായ മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ സാധാരണയായി മികച്ച അഡീഷൻ, ഉയർന്ന കാഠിന്യം, കുറഞ്ഞ പോറോസിറ്റി, മെച്ചപ്പെട്ട വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധം, പരിസ്ഥിതി നശീകരണം എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.

എന്നിരുന്നാലും, ഫിലിം ഡെൻസിഫിക്കേഷൻ നിർണ്ണയിക്കുന്നത് നിക്ഷേപണ ശക്തിയുടെയോ നിക്ഷേപ നിരക്കിന്റെയോ വർദ്ധനവ് കൊണ്ടല്ല. അതിന്റെ കാതലായി, വളരുന്ന ഫിലിമിലേക്ക് വിതരണം ചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുമായി ഇത് അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, ഇത് ഉപരിതല ചലനശേഷി, അഡാറ്റം വ്യാപനം, ന്യൂക്ലിയേഷൻ സ്വഭാവം, ധാന്യ വളർച്ച, നിക്ഷേപ സമയത്ത് വൈകല്യ പരിണാമം എന്നിവയെ നിയന്ത്രിക്കുന്നു.

അതിനാൽ PVD പ്രക്രിയകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിന് ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ട്, അയോൺ ബോംബാർഡ്മെന്റ്, അടിവസ്ത്ര താപനില, ഫിലിം മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധം മനസ്സിലാക്കേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണ്.

1. പിവിടിയിൽ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത എന്താണ്?

പിവിഡിയിൽ, ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത എന്ന പദം സാധാരണയായി ഒരു യൂണിറ്റ് ഏരിയയിലും ഒരു നിശ്ചിത പ്രക്രിയ കാലയളവിലും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിലേക്കോ വളരുന്ന ഫിലിമിലേക്കോ വിതരണം ചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജത്തിന്റെ അളവിനെ വിവരിക്കുന്നു. പ്രായോഗിക പ്രക്രിയ എഞ്ചിനീയറിംഗിൽ, അയോൺ ഊർജ്ജം, അയോൺ ഫ്ലക്സ്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ബയസ്, പ്ലാസ്മ സാന്ദ്രത, ഡിസ്ചാർജ് പവർ, ഡിപ്പോസിഷൻ റേറ്റ്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് താപനില തുടങ്ങിയ പാരാമീറ്ററുകളുമായി ഇത് അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.

അയോണൈസ്ഡ് പിവിഡി പ്രക്രിയകൾക്ക്, പ്രത്യേകിച്ച് കാഥോഡിക് ആർക്ക് ഡിപ്പോസിഷൻ, ഹൈ-പവർ മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗ് എന്നിവയിൽ, വളരുന്ന ഫിലിം ന്യൂട്രൽ ഡിപ്പോസിഷൻ സ്പീഷീസുകൾക്ക് മാത്രമല്ല, ഊർജ്ജസ്വലമായ അയോണുകൾക്കും വിധേയമാകുന്നു. ഉചിതമായ ഒരു സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ബയസ് പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, ഈ അയോണുകൾ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഉപരിതലത്തിലേക്ക് ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും വളരുന്ന ഫിലിമിലേക്ക് ഊർജ്ജം കൈമാറുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഈ ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ട് ഉപരിതലത്തിൽ നിക്ഷേപിച്ചിരിക്കുന്ന ആറ്റങ്ങളുടെയും അയോണുകളുടെയും ചലനത്തെ ബാധിക്കുന്നു. മതിയായ ഊർജ്ജം അഡാറ്റങ്ങളെ പ്രാദേശിക വ്യാപന തടസ്സങ്ങളെ മറികടക്കാനും, ഊർജ്ജസ്വലമായി അനുകൂലമായ സ്ഥാനങ്ങളിലേക്ക് നീങ്ങാനും, വികസിക്കുന്ന ഫിലിമിനുള്ളിലെ സൂക്ഷ്മ ശൂന്യതകൾ നിറയ്ക്കാനും അനുവദിക്കുന്നു. തൽഫലമായി, ഫിലിമിന് താരതമ്യേന സുഷിരങ്ങളുള്ള ഒരു ഘടനയിൽ നിന്ന് സാന്ദ്രവും ഒതുക്കമുള്ളതുമായ ഒരു സൂക്ഷ്മ ഘടനയിലേക്ക് പരിണമിക്കാൻ കഴിയും.

അതിനാൽ, ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയെ PVD പ്രോസസ് പാരാമീറ്ററുകൾക്കും അന്തിമ ഫിലിം ഘടനയ്ക്കും ഇടയിലുള്ള ഒരു പ്രധാന പാലമായി കണക്കാക്കണം.

2. എനർജി ഇൻപുട്ട് ഫിലിം ഡെൻസിറ്റി നിർണ്ണയിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്?

നിക്ഷേപത്തിന്റെ പ്രാരംഭ ഘട്ടത്തിൽ, അടിവസ്ത്രത്തിൽ എത്തുന്ന ആറ്റങ്ങളോ അയോണുകളോ ഉടനടി പൂർണ്ണമായും ഒതുക്കമുള്ള ഒരു പാളി രൂപപ്പെടുന്നില്ല. അവ ഉപരിതലത്തിൽ ന്യൂക്ലിയേറ്റ് ചെയ്യുകയും, ദേശാടനം ചെയ്യുകയും, ക്രമേണ ദ്വീപുകൾ രൂപപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഒടുവിൽ ഒരു തുടർച്ചയായ ഫിലിമായി കൂടിച്ചേരുന്നു.

വരുന്ന ജീവിവർഗങ്ങൾക്ക് ആവശ്യത്തിന് ഗതികോർജ്ജം ഇല്ലെങ്കിൽ, അവയുടെ ഉപരിതല ചലനശേഷി പരിമിതമായിരിക്കും. അവ അവയുടെ പ്രാരംഭ ലാൻഡിംഗ് സ്ഥാനങ്ങൾക്ക് സമീപം തന്നെ തുടരാം, ഇത് അപൂർണ്ണമായ ഉപരിതല വ്യാപനത്തിനും സൂക്ഷ്മ ശൂന്യതകളുടെ രൂപീകരണത്തിനും കാരണമാകുന്നു. നിക്ഷേപം തുടരുമ്പോൾ, ഈ ശൂന്യതകൾ ഒരു സ്തംഭാകൃതിയിലുള്ളതും താരതമ്യേന സുഷിരങ്ങളുള്ളതുമായ സൂക്ഷ്മഘടനയായി വികസിക്കും.

കുറഞ്ഞ താപനിലയിലുള്ള നിക്ഷേപ പ്രക്രിയകളിലോ അപര്യാപ്തമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റോടെ പ്രവർത്തിക്കുന്ന സിസ്റ്റങ്ങളിലോ ഈ പ്രതിഭാസം പ്രത്യേകിച്ചും പ്രധാനമാണ്.

വളരുന്ന ഫിലിമിലേക്ക് നൽകുന്ന ഊർജ്ജം ഉചിതമായ തലത്തിലേക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുമ്പോൾ, ഉപരിതല വ്യാപനം കൂടുതൽ സജീവമാകും. നിക്ഷേപിക്കപ്പെട്ട ജീവിവർഗ്ഗങ്ങൾക്ക് ഉപരിതലത്തിലുടനീളം കുടിയേറാനും താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ സ്ഥാനങ്ങൾ സ്വീകരിക്കാനും കഴിയും, അതേസമയം അയോൺ ബോംബാർഡ്മെന്റ് ആറ്റോമിക് പുനഃക്രമീകരണം, വൈകല്യ കുറവ്, ശൂന്യത അടയ്ക്കൽ എന്നിവ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കും. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ഫിലിം സാധാരണയായി കൂടുതൽ സാന്ദ്രമായ രൂപഘടനയും ശക്തമായ ഇന്റർഫേഷ്യൽ ബോണ്ടിംഗും പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു.

ഒരു സൂക്ഷ്മഘടനാ വീക്ഷണകോണിൽ, ലക്ഷ്യം കേവലം "ഊർജ്ജം വർദ്ധിപ്പിക്കുക" എന്നതല്ല, മറിച്ച് ഫിലിം വളർച്ചയ്ക്കിടെ ഉചിതമായ ഊർജ്ജ-പ്രവാഹ അനുപാതം സ്ഥാപിക്കുക എന്നതാണ്.

3. അടിവസ്ത്ര പക്ഷപാതത്തിന്റെ പങ്ക്

ലഭ്യമായ PVD പ്രോസസ് പാരാമീറ്ററുകളിൽ, അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റ് എനർജി നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ഏറ്റവും നേരിട്ടുള്ള രീതികളിൽ ഒന്നാണ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ബയസ് വോൾട്ടേജ്.

അടിവസ്ത്രത്തിൽ ഒരു നെഗറ്റീവ് ബയസ് പ്രയോഗിക്കുന്നത് ഒരു വൈദ്യുത പൊട്ടൻഷ്യൽ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, അത് അടിവസ്ത്ര ഉപരിതലത്തിലേക്ക് പോസിറ്റീവ് ചാർജുള്ള അയോണുകളെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുന്നു. ബയസിന്റെ വ്യാപ്തി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് സാധാരണയായി അയോൺ ആഘാത ഊർജ്ജം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഉപരിതല സജീവമാക്കലും ഫിലിം ഡെൻസിഫിക്കേഷനും വർദ്ധിപ്പിക്കും.

ഉദാഹരണത്തിന്, TiN, CrN, TiAlN, DLC, മറ്റ് ഫങ്ഷണൽ കോട്ടിംഗുകൾ എന്നിവയുടെ നിക്ഷേപത്തിൽ, ഉചിതമായ ഒരു ബയസ് അവസ്ഥയ്ക്ക് ഫിലിം സാന്ദ്രത, കാഠിന്യം, അഡീഷൻ, വസ്ത്ര പ്രതിരോധം എന്നിവ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും.

എന്നിരുന്നാലും, ബയസ് വോൾട്ടേജും ഫിലിം ഗുണനിലവാരവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം രേഖീയമല്ല. അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റ് ഊർജ്ജം അമിതമായാൽ, റീസ്പട്ടറിംഗ്, ഇംപ്ലാന്റേഷൻ, അവശിഷ്ട സമ്മർദ്ദ ശേഖരണം, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ചൂടാക്കൽ, വൈകല്യ രൂപീകരണം, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് കേടുപാടുകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ നിരവധി അഭികാമ്യമല്ലാത്ത ഫലങ്ങൾ ഉണ്ടാകാം.

അമിതമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റ് ഫിലിം പ്രതലത്തിൽ നിന്ന് മുമ്പ് നിക്ഷേപിച്ച ആറ്റങ്ങളെ നീക്കം ചെയ്യാനും, നെറ്റ് ഡിപ്പോസിഷൻ നിരക്ക് കുറയ്ക്കാനും, കോട്ടിംഗ് ഘടനയിൽ മാറ്റം വരുത്താനും സാധ്യതയുണ്ട്.

അതിനാൽ, ഉയർന്ന ബയസ് വോൾട്ടേജ് പിന്തുടരുന്നതിനുപകരം, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയൽ, കോട്ടിംഗ് സിസ്റ്റം, അയോൺ സ്പീഷീസ്, പ്ലാസ്മ സാന്ദ്രത, ഡിപ്പോസിഷൻ റേറ്റ്, ആവശ്യമായ ഫിലിം പ്രോപ്പർട്ടികൾ എന്നിവ അനുസരിച്ച് ഒപ്റ്റിമൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ബയസ് നിർണ്ണയിക്കണം.

4. അയോൺ ഫ്ലക്സും അയോൺ ഊർജ്ജവും ഒരുമിച്ച് പരിഗണിക്കണം.

ഫിലിം ഡെൻസിഫിക്കേഷൻ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് അയോൺ ഊർജ്ജത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ ഊർജ്ജം കൊണ്ടാണ്. യൂണിറ്റ് വിസ്തീർണ്ണത്തിലും സമയത്തിലും അടിവസ്ത്രത്തിൽ എത്തുന്ന അയോണുകളുടെ എണ്ണം എന്നർത്ഥം വരുന്ന അയോൺ ഫ്ലക്സ് ഒരുപോലെ പ്രധാനമാണ്.

ഉയർന്ന ഊർജ്ജമുള്ള അയോൺ ഫ്ലക്സ് വളരുന്ന ഫിലിമിനെ ഗണ്യമായി പരിഷ്കരിക്കും, എന്നാൽ അയോൺ ഫ്ലക്സ് വളരെ കുറവാണെങ്കിൽ, ഫിലിമിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന മൊത്തം ഊർജ്ജം അപര്യാപ്തമായി തുടരാം. നേരെമറിച്ച്, അമിതമായ ഊർജ്ജത്തിൽ വളരെ ഉയർന്ന അയോൺ ഫ്ലക്സ് തീവ്രമായ ബോംബാർഡ്മെന്റിനും അഭികാമ്യമല്ലാത്ത റീസ്പട്ടറിങ്ങിനും താപ ലോഡിംഗിനും കാരണമാകും.

ഇക്കാരണത്താൽ, വിപുലമായ പിവിഡി പ്രക്രിയ വികസനം, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ബയസിനെ ഒരു ഒറ്റപ്പെട്ട പാരാമീറ്ററായി കണക്കാക്കുന്നതിനുപകരം, അയോൺ ഊർജ്ജവും അയോൺ ഫ്ലക്‌സും തമ്മിലുള്ള സംയോജിത ബന്ധം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലാണ് കൂടുതലായി ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നത്.

കാഥോഡിക് ആർക്ക് പിവിഡി, ഹൈ-പവർ ഇംപൾസ് മാഗ്നെട്രോൺ സ്പട്ടറിംഗ് (HiPIMS) പോലുള്ള ഉയർന്ന അയോണൈസ്ഡ് ഡിപ്പോസിഷൻ പ്രക്രിയകളിൽ ഈ ബന്ധം പ്രത്യേകിച്ചും പ്രധാനമാണ്. ഡിപ്പോസിഷൻ സ്പീഷീസുകളുടെ അയോണൈസേഷൻ ഭിന്നസംഖ്യ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, വളരുന്ന ഫിലിമിലേക്ക് വിതരണം ചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിൽ ഈ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ കൂടുതൽ വഴക്കം നൽകുന്നു.

5. ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും സൂക്ഷ്മഘടനാ പരിണാമവും

ഫിലിമിന്റെ സൂക്ഷ്മഘടനയുടെ പരിണാമത്തിലൂടെയും ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുടെ സ്വാധീനം മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയും.

താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ നിക്ഷേപ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, പരിമിതമായ ഉപരിതല ചലനശേഷി ശൂന്യമായതോ സ്തംഭാകൃതിയിലുള്ളതോ ആയ വളർച്ചയിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം, പ്രത്യേകിച്ച് അടിവസ്ത്ര താപനില കുറവായിരിക്കുകയും നിക്ഷേപിക്കപ്പെട്ട ജീവിവർഗങ്ങൾക്ക് മതിയായ ചലനശേഷി ഇല്ലാതിരിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ.

ഉചിതമായ ഒരു പ്രക്രിയ വിൻഡോയ്ക്കുള്ളിൽ ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ട് വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ, ഉപരിതല വ്യാപനം കൂടുതൽ ഫലപ്രദമാവുകയും സൂക്ഷ്മഘടന ക്രമേണ കൂടുതൽ ഒതുക്കമുള്ളതായിത്തീരുകയും ചെയ്യുന്നു. ധാന്യ അതിരുകളും ഇന്റർകോളം ശൂന്യതകളും കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും, അതേസമയം കോട്ടിംഗ് കൂടുതൽ തുടർച്ചയായതും യാന്ത്രികമായി സ്ഥിരതയുള്ളതുമായി മാറുന്നു.

എന്നിരുന്നാലും, ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയിൽ കൂടുതൽ വർദ്ധനവുണ്ടാകുമ്പോൾ, ശക്തമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റ് ആധിപത്യം പുലർത്തുന്ന ഒരു അവസ്ഥയിലേക്ക് ഈ പ്രക്രിയ പ്രവേശിക്കാൻ കഴിയും. റെസ്പട്ടറിംഗും ആറ്റോമിക് പീനിംഗും കൂടുതൽ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നു, ഇത് ഉയർന്ന കംപ്രസ്സീവ് റെസിഡ്യൂവൽ സ്ട്രെസ് ഉണ്ടാക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്. കോട്ടിംഗ് സാന്ദ്രമായി തുടരാമെങ്കിലും, അമിതമായ ആന്തരിക സമ്മർദ്ദം അഡീഷൻ കുറയ്ക്കുകയും വിള്ളലിലേക്കോ ഡീലാമിനേഷനിലേക്കോ നയിക്കുകയും ചെയ്യും.

തൽഫലമായി, ഉയർന്ന ഊർജ്ജം എല്ലായ്പ്പോഴും മികച്ച ഫിലിമുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന ഒരു ലളിതമായ ബന്ധത്തിന് പകരം സാധാരണയായി ഒരു ഒപ്റ്റിമൽ ഊർജ്ജ-സാന്ദ്രതാ ജാലകം ഉണ്ട്.

6. ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും "ആറ്റോമിക് പീനിംഗ്" പ്രഭാവവും

ഊർജ്ജസ്വലമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഒരു പ്രധാന സംവിധാനമാണ് ആറ്റോമിക് പീനിംഗ് പ്രഭാവം.

ഊർജ്ജസ്വലമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റ് സമയത്ത്, വരുന്ന അയോണുകൾ ഉപരിതല ആറ്റങ്ങളിലേക്ക് ആക്കം കൈമാറുന്നു, ഇത് പ്രാദേശികവൽക്കരിച്ച ആറ്റോമിക് സ്ഥാനചലനത്തിനും പുനഃക്രമീകരണത്തിനും കാരണമാകുന്നു. ഇത് ആറ്റങ്ങളെ കൂടുതൽ ദൃഢമായി പായ്ക്ക് ചെയ്ത കോൺഫിഗറേഷനുകളിലേക്ക് നിർബന്ധിതമാക്കുകയും വളരുന്ന ഫിലിമിനുള്ളിൽ തുറന്ന വോളിയത്തിന്റെ വികസനം തടയുകയും ചെയ്യും.

മെച്ചപ്പെട്ട കാഠിന്യവും മെക്കാനിക്കൽ സ്ഥിരതയും ഉള്ള ഒരു സാന്ദ്രമായ സൂക്ഷ്മഘടനയായിരിക്കും ഫലം.

ഈ സംവിധാനം പ്രത്യേകിച്ച് ഹാർഡ് PVD കോട്ടിംഗുകൾക്ക് പ്രസക്തമാണ്. TiN, CrN, TiCN, AlTiN, അനുബന്ധ നൈട്രൈഡ് കോട്ടിംഗുകൾ തുടങ്ങിയ സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക്, ഉചിതമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്മെന്റ് ഉയർന്ന ഫിലിം സാന്ദ്രതയ്ക്കും മെച്ചപ്പെട്ട മെക്കാനിക്കൽ പ്രകടനത്തിനും കാരണമാകും.

എന്നിരുന്നാലും, അമിതമായ ആറ്റോമിക് പീനിംഗ് ഗണ്യമായ കംപ്രസ്സീവ് റെസിഡ്യൂവൽ സ്ട്രെസ് സൃഷ്ടിച്ചേക്കാം. അതിനാൽ, വളരെ ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള ഒരു കോട്ടിംഗിന്റെ ആന്തരിക സമ്മർദ്ദം സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്/കോട്ടിംഗ് ഇന്റർഫേസിന്റെ അഡീഷൻ ശേഷിയെ കവിയുന്നുവെങ്കിൽ അത് ഒപ്റ്റിമൽ കോട്ടിംഗായിരിക്കണമെന്നില്ല.

ഫിലിം സാന്ദ്രത, അവശിഷ്ട സമ്മർദ്ദം, അഡീഷൻ, കാഠിന്യം, നിക്ഷേപ നിരക്ക് എന്നിവയ്ക്കിടയിൽ ഒരു സന്തുലിതാവസ്ഥ കൈവരിക്കുക എന്നതാണ് പ്രായോഗിക ലക്ഷ്യം.

7. നിക്ഷേപ നിരക്ക് ഊർജ്ജ സന്തുലിതാവസ്ഥയെയും മാറ്റുന്നു

നിക്ഷേപ നിരക്കിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമായി ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത വിലയിരുത്താൻ കഴിയില്ല.

അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റ് അവസ്ഥകൾ മാറ്റമില്ലാതെ തുടരുമ്പോൾ നിക്ഷേപ നിരക്ക് ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഊർജ്ജസ്വലമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റും ഇൻകമിംഗ് ഡിപ്പോസിഷൻ ഫ്ലക്‌സും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം കുറയാനിടയുണ്ട്. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഉപരിതല വ്യാപനവും ഘടനാപരമായ പുനഃക്രമീകരണവും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിന് ലഭ്യമായ ഊർജ്ജത്തിൽ ആനുപാതികമായ വർദ്ധനവില്ലാതെ കൂടുതൽ വസ്തുക്കൾ നിക്ഷേപിക്കപ്പെടുന്നു.

ഇത് സാന്ദ്രത കുറഞ്ഞ സൂക്ഷ്മഘടനയിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനത്തിന് കാരണമാകും.

നേരെമറിച്ച്, ഉചിതമായ അയോൺ-ന്യൂട്രൽ ഫ്ലക്സ് അനുപാതം നിലനിർത്തുന്നത് നിക്ഷേപ നിരക്കിലെ മാറ്റങ്ങൾ നികത്താനും സ്ഥിരമായ ഫിലിം ഘടന നിലനിർത്താനും സഹായിക്കും.

അതുകൊണ്ടാണ് വ്യാവസായിക പിവിഡി പ്രക്രിയ വികസനം പവർ, ഡിപ്പോസിഷൻ നിരക്ക് എന്നിവയിൽ മാത്രമല്ല, അയോൺ കറന്റ് ഡെൻസിറ്റി, അയോൺ എനർജി, ഡിപ്പോസിഷൻ ഫ്ലക്സ്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ബയസ് എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തിലും ശ്രദ്ധ ചെലുത്തേണ്ടത്.

8. അടിവസ്ത്ര താപനിലയും അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റും ഒരുമിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്നു

ഫിലിം ഡെൻസിഫിക്കേഷനെ സ്വാധീനിക്കുന്ന മറ്റൊരു പ്രധാന ഘടകമാണ് അടിവസ്ത്ര താപനില.

നിക്ഷേപിത ആറ്റങ്ങൾക്ക് താപ ഊർജ്ജം ചലനശേഷി നൽകുന്നു, അതേസമയം അയോൺ ബോംബാർഡ്മെന്റ് അധിക ഗതികോർജ്ജം നൽകുന്നു. രണ്ട് സംവിധാനങ്ങളും ഉപരിതല വ്യാപനത്തെയും ഘടനാപരമായ പുനഃക്രമീകരണത്തെയും പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കും.

എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്ലാസ്റ്റിക്കുകൾ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടകങ്ങൾ, ചില ഇലക്ട്രോണിക് വസ്തുക്കൾ തുടങ്ങിയ താപനില സെൻസിറ്റീവ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്ക്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് സാധ്യമല്ലായിരിക്കാം. ഇത്തരം സന്ദർഭങ്ങളിൽ, നിയന്ത്രിത അയോൺ ബോംബാർഡ്‌മെന്റ് പ്രത്യേകിച്ച് വിലപ്പെട്ടതായിത്തീരുന്നു, കാരണം താപ ചൂടാക്കലിനെ മാത്രം ആശ്രയിക്കാതെ വളരുന്ന ഫിലിമിന് അധിക ഊർജ്ജം നൽകാൻ ഇതിന് കഴിയും.

അയോൺ സഹായത്തോടെയുള്ള പിവിഡി പ്രക്രിയകളുടെ ഒരു പ്രധാന ഗുണമാണിത്: താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ അടിവസ്ത്ര താപനില നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ഊർജ്ജസ്വലമായ കണികാ ബോംബാർഡ്‌മെന്റിലൂടെ ഫിലിം ഡെൻസിഫിക്കേഷൻ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

എന്നിരുന്നാലും, അയോൺ ബോംബാർഡ്മെന്റ് തന്നെ താപം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. അതിനാൽ, താപനിലയോട് സംവേദനക്ഷമതയുള്ള വസ്തുക്കളുടെ താപ രൂപഭേദം അല്ലെങ്കിൽ അപചയം തടയുന്നതിന് നിക്ഷേപ പ്രക്രിയയിലുടനീളം അടിവസ്ത്ര താപനില ഇപ്പോഴും നിരീക്ഷിക്കണം.

9. ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത കോട്ടിംഗ് സിസ്റ്റവുമായി പൊരുത്തപ്പെടണം.

അയോൺ ബോംബാർഡ്മെന്റിനും ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ടിനും വ്യത്യസ്ത കോട്ടിംഗ് വസ്തുക്കൾക്ക് വ്യത്യസ്ത ആവശ്യകതകളുണ്ട്.

ഹാർഡ് നൈട്രൈഡ് കോട്ടിംഗുകൾക്ക്, ഉയർന്ന സാന്ദ്രത, ഉയർന്ന കാഠിന്യം, ശക്തമായ അഡീഷൻ എന്നിവ ലഭിക്കുന്നതിന് താരതമ്യേന ഊർജ്ജസ്വലമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്മെന്റ് പലപ്പോഴും ഗുണം ചെയ്യും. ഒപ്റ്റിക്കൽ കോട്ടിംഗുകൾക്ക്, അമിതമായ ബോംബാർഡ്മെന്റ് സമ്മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കുകയോ റിഫ്രാക്റ്റീവ്-ഇൻഡക്സ് ഏകീകൃതത മാറ്റുകയോ ചെയ്തേക്കാം. ലോഹ അലങ്കാര കോട്ടിംഗുകൾക്ക്, അമിതമായ അയോൺ ഊർജ്ജം ഉപരിതല രൂപഘടന, തിളക്കം, നിറം, അവശിഷ്ട സമ്മർദ്ദം എന്നിവയെ ബാധിച്ചേക്കാം.

അയോൺ ഊർജ്ജവും നിക്ഷേപ അവസ്ഥകളും തമ്മിലുള്ള സന്തുലിതാവസ്ഥയോട് DLC-യും മറ്റ് കാർബൺ അധിഷ്ഠിത കോട്ടിംഗുകളും കൂടുതൽ സെൻസിറ്റീവ് ആണ്, കാരണം അയോൺ ഊർജ്ജം ബോണ്ടിംഗ് കോൺഫിഗറേഷനെ സ്വാധീനിക്കും, അതിനാൽ sp², sp³ ബോണ്ടിംഗ് തമ്മിലുള്ള അനുപാതത്തെയും സ്വാധീനിക്കും.

അതിനാൽ, എല്ലാ PVD കോട്ടിംഗിനും ബാധകമായ സാർവത്രിക "ഒപ്റ്റിമൽ എനർജി ഡെൻസിറ്റി" ഇല്ല. മെറ്റീരിയൽ സിസ്റ്റം, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്, ഫിലിം കനം, ഡിപ്പോസിഷൻ നിരക്ക്, ആവശ്യമായ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ആവശ്യകതകൾ, താപ പരിമിതികൾ എന്നിവ അനുസരിച്ച് ഉചിതമായ പ്രോസസ് വിൻഡോ സ്ഥാപിക്കണം.

10. പ്രോസസ് പാരാമീറ്ററുകൾ മുതൽ ഫിലിം പെർഫോമൻസ് വരെ

വ്യാവസായിക പിവിഡി ഉൽ‌പാദനത്തിൽ, ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ആത്യന്തികമായി വിലയിരുത്തേണ്ടത് പ്രോസസ് പാരാമീറ്ററുകളിലൂടെ മാത്രമല്ല, അളക്കാവുന്ന ഫിലിം ഗുണങ്ങളിലൂടെയാണ്.

ശരിയായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത എനർജി-ഇൻപുട്ട് സംവിധാനം, ആപ്ലിക്കേഷനെ ആശ്രയിച്ച്, ഫിലിം സാന്ദ്രത, കാഠിന്യം, അഡീഷൻ, വസ്ത്രധാരണ പ്രതിരോധം, നാശന പ്രതിരോധം, ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്ഥിരത, തടസ്സ പ്രകടനം എന്നിവ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് കാരണമാകും.

ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ SEM, XRD, നാനോഇൻഡന്റേഷൻ, സ്ക്രാച്ച് ടെസ്റ്റിംഗ്, റെസിഡ്യൂവൽ-സ്ട്രെസ് മെഷർമെന്റ്, സർഫസ് റഫ്‌നെസ് വിശകലനം, ഫിലിം-തിക്ക്‌നെസ് മാപ്പിംഗ് തുടങ്ങിയ സ്വഭാവരൂപീകരണ രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് പ്രോസസ് പാരാമീറ്ററുകളും കോട്ടിംഗ് പ്രകടനവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം സ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയും.

ഇത് PVD പ്രക്രിയയെ ലളിതമായ പാരാമീറ്റർ ക്രമീകരണത്തിൽ നിന്ന് കൂടുതൽ വ്യവസ്ഥാപിതമായ ഒരു പ്രക്രിയ വിൻഡോയിലേക്കും മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ നിയന്ത്രണ തന്ത്രത്തിലേക്കും നീങ്ങാൻ അനുവദിക്കുന്നു.

തീരുമാനം

പിവിഡിയിൽ, അയഞ്ഞ പായ്ക്ക് ചെയ്ത ഡിപ്പോസിഷൻ ഘടനകളിൽ നിന്ന് ഇടതൂർന്നതും യാന്ത്രികമായി സ്ഥിരതയുള്ളതുമായ ഫിലിമുകളിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന ഘടകങ്ങളിലൊന്നാണ് ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത. ഉചിതമായ അയോൺ ഊർജ്ജവും അയോൺ ഫ്ലക്സും ഉപരിതല വ്യാപനം വർദ്ധിപ്പിക്കാനും, ആറ്റോമിക് പുനഃക്രമീകരണം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കാനും, ശൂന്യമായ രൂപീകരണം കുറയ്ക്കാനും, ഫിലിം ഡെൻസിഫിക്കേഷൻ മെച്ചപ്പെടുത്താനും കഴിയും.

എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന ഊർജ്ജം എന്നത് യാന്ത്രികമായി മികച്ച കോട്ടിംഗ് പ്രകടനത്തെ അർത്ഥമാക്കുന്നില്ല. അമിതമായ അയോൺ ബോംബാർഡ്മെന്റ് റീസ്പട്ടറിംഗ്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഹീറ്റിംഗ്, ഉയർന്ന കംപ്രസ്സീവ് റെസിഡ്യൂവൽ സ്ട്രെസ്, ഇന്റർഫേസ് കേടുപാടുകൾ എന്നിവയ്ക്ക് കാരണമാകും. അയോൺ എനർജി, അയോൺ ഫ്ലക്സ്, ഡിപ്പോസിഷൻ നിരക്ക്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ബയസ്, പ്ലാസ്മ സാന്ദ്രത, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് താപനില എന്നിവയ്ക്കിടയിൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത സന്തുലിതാവസ്ഥ സ്ഥാപിക്കുക എന്നതാണ് പ്രധാന കാര്യം.

അതിനാൽ, ആധുനിക പിവിഡി ഉപകരണങ്ങൾക്ക്, ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ട് നിയന്ത്രിക്കാനുള്ള കഴിവ് നിക്ഷേപ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗം മാത്രമല്ല - ഫിലിം മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ചെയ്യുന്നതിനും സ്ഥിരതയുള്ളതും പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്നതുമായ കോട്ടിംഗ് പ്രകടനം കൈവരിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഒരു അടിസ്ഥാന കഴിവാണിത്.

-ഈ ലേഖനം പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്വാക്വം കോട്ടിംഗ് ഉപകരണ നിർമ്മാതാവ് ഷെൻഹുവ വാക്വം