HiPIMS технологийн танилцуулга

Өндөр хүчин чадалтай импульсийн магнетрон цацалтын №1 зарчим
Өндөр хүчин чадалтай импульсийн магнетроны цацалтын техник нь өндөр оргил импульсийн чадал (ердийн магнетроны цацалтаас 2-3 дахин өндөр) болон бага импульсийн ажлын цикл (0.5%-10%)-ийг ашиглан металлын өндөр диссоциацийн хурд (>50%)-д хүрдэг бөгөөд энэ нь магнетроны цацалтын шинж чанараас үүдэлтэй бөгөөд Зураг 1-т үзүүлсэнчлэн, оргил зорилтот гүйдлийн нягтрал I нь цэнэг алдалтын хүчдэл U-ийн экспоненциал n-р хүчтэй пропорциональ байна, I = kUn (n нь катодын бүтэц, соронзон орон болон материалтай холбоотой тогтмол). Бага чадлын нягтралтай үед (бага хүчдэл) n утга нь ихэвчлэн 5-15 хооронд хэлбэлздэг; цэнэг алдалтын хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр гүйдлийн нягтрал болон чадлын нягтрал хурдан нэмэгдэж, өндөр хүчдэлтэй үед соронзон орны хязгаарлалт алдагдсанаас болж n утга 1 болдог. Хэрэв бага чадлын нягтралтай үед хийн цэнэг алдалтыг хэвийн импульсийн цэнэг алдалтын горимд байгаа хийн ионууд тодорхойлдог; Хэрэв өндөр чадлын нягтралтай үед плазм дахь металл ионуудын эзлэх хувь нэмэгдэж, зарим материал шилжвэл өөрөө цацагдах горимд орно, өөрөөр хэлбэл плазм нь цацагдсан төвийг сахисан хэсгүүд болон хоёрдогч металл ионуудын ионжуулалтаар хадгалагддаг бөгөөд Ar зэрэг идэвхгүй хийн атомууд нь зөвхөн плазмыг асаахад ашиглагддаг бөгөөд үүний дараа цацагдсан металл хэсгүүд нь байны ойролцоо ионжиж, өндөр гүйдлийн цэнэгийг хадгалахын тулд соронзон болон цахилгаан орны нөлөөн дор цацагдсан байг бөмбөгдөхийн тулд буцаж хурдасдаг бөгөөд плазм нь өндөр ионжуулсан металл хэсгүүд юм. Байнд халаах нөлөө үзүүлэх цацалтын процессын улмаас аж үйлдвэрийн хэрэглээнд байны тогтвортой ажиллагааг хангахын тулд байнд шууд хэрэглэх чадлын нягтрал хэт их байж болохгүй, ерөнхийдөө шууд усны хөргөлт болон байны материалын дулаан дамжуулалт 25 Вт/см2-оос доош байх ёстой, шууд бус усны хөргөлттэй, байны материалын дулаан дамжуулалт муу, дулааны стрессээс үүдэлтэй хуваагдлаас үүдэлтэй байны материал эсвэл байны материалын дэгдэмхий хайлшийн бүрэлдэхүүн хэсэг багатай, бусад тохиолдолд чадлын нягтрал нь зөвхөн 2 ~ 15 Вт/см2-оос доош байж болох бөгөөд энэ нь өндөр чадлын нягтралын шаардлагаас хамаагүй доогуур байдаг. Байны хэт халалтын асуудлыг маш нарийн өндөр чадлын импульс ашиглан шийдэж болно. Андерс өндөр чадлын импульсийн магнетрон цацалтыг оргил чадлын нягтрал нь дундаж чадлын нягтралаас 2-3 дахин их, байны ионы цацалт нь цацалтын процесст давамгайлдаг, байны цацалтын атомууд маш их диссоциацилагдсан импульсийн цацалтын нэг төрөл гэж тодорхойлдог.

№2 Өндөр хүчин чадалтай импульсийн магнетрон цацалтын бүрхүүлийн шинж чанар

Өндөр хүчин чадалтай импульсийн магнетрон цацалт нь өндөр диссоциацийн хурд болон өндөр ионы энерги бүхий плазм үүсгэж, цэнэгтэй ионуудыг хурдасгахын тулд хэвийсэн даралт өгч, бүрхүүлийн тунадасжуулалтын процессыг өндөр энергитэй бөөмсөөр бөмбөгддөг бөгөөд энэ нь IPVD-ийн ердийн технологи юм. Ионы энерги болон тархалт нь бүрхүүлийн чанар болон гүйцэтгэлд маш чухал нөлөө үзүүлдэг.
Алдарт Тортоны бүтцийн бүсийн загварт үндэслэн IPVD-ийн тухайд Андерс плазмын тунадасжилт болон ионы сийлбэрийг багтаасан бүтцийн бүсийн загварыг санал болгосон бөгөөд Тортоны бүтцийн бүсийн загварт бүрхүүлийн бүтэц ба температур, агаарын даралтын хоорондын хамаарлыг бүрхүүлийн бүтэц, температур болон ионы энергийн хоорондын хамаарал болгон өргөжүүлсэн бөгөөд Зураг 2-т үзүүлсэн шиг. Бага энергитэй ионы тунадасжилтын бүрхүүлийн хувьд бүрхүүлийн бүтэц нь Тортоны бүтцийн бүсийн загварт нийцдэг. Тунадасны температур нэмэгдэхийн хэрээр 1-р бүсээс (сул сүвэрхэг шилэн талстууд) Т бүс (нягт шилэн талстууд), 2-р бүс (багана талстууд) болон 3-р бүс (дахин талсжих бүс) рүү шилждэг; тунадасжилтын ионы энерги нэмэгдэхийн хэрээр 1-р бүсээс Т бүс, 2-р бүс болон 3-р бүс рүү шилжих температур буурдаг. Өндөр нягтралтай шилэн талстууд болон багана талстуудыг бага температурт бэлтгэж болно. Тунадасжилтын ионуудын энерги 1-10 эВ хүртэл нэмэгдэхэд тунадасжилтын бүрхүүлийн гадаргуу дээрх ионуудын бөмбөгдөлт болон сийлбэр сайжирч, бүрхүүлийн зузаан нэмэгддэг.

№3 Өндөр хүчин чадалтай импульсийн магнетрон цацалтын технологиор хатуу бүрхүүлийн давхаргыг бэлтгэх
Өндөр хүчин чадалтай импульсийн магнетрон цацалтын технологиор бэлтгэсэн бүрхүүл нь илүү нягтралтай, механик шинж чанар сайтай, өндөр температурын тогтвортой байдалтай байдаг. Зураг 3-т үзүүлсэнчлэн, уламжлалт магнетрон цацалтын TiAlN бүрхүүл нь 30 ГПа хатуулагтай, Янгийн модуль нь 460 ГПа бүхий багана хэлбэртэй болор бүтэцтэй; HIPIMS-TiAlN бүрхүүл нь 34 ГПа хатуулагтай бол Янгийн модуль нь 377 ГПа; хатуулаг ба Янгийн модулийн харьцаа нь бүрхүүлийн бат бөх чанарыг хэмждэг. Хатуулаг өндөр, Янгийн модуль нь бага байх тусам бат бөх чанар сайжирдаг. HIPIMS-TiAlN бүрхүүл нь өндөр температурын тогтвортой байдал сайтай бөгөөд 1000 °C-д 4 цагийн турш өндөр температурт боловсруулсны дараа уламжлалт TiAlN бүрхүүлд AlN зургаан өнцөгт фаз тунадасждаг. Бүрхүүлийн хатуулаг өндөр температурт буурдаг бол HIPIMS-TiAlN бүрхүүл нь ижил температур, хугацаанд дулааны боловсруулалтын дараа өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. HIPIMS-TiAlN бүрхүүл нь уламжлалт бүрхүүлээс илүү өндөр температурт исэлдэлтийн эхлэх температуртай байдаг. Тиймээс HIPIMS-TiAlN бүрхүүл нь PVD аргаар бэлтгэсэн бусад бүрсэн багаж хэрэгслээс өндөр хурдтай зүсэх хэрэгсэлд хамаагүй илүү сайн гүйцэтгэлийг үзүүлдэг.