Introduzzjoni għat-Teknoloġija HiPIMS

Nru 1 Prinċipju ta' sputtering tal-manjetron pulsat ta' qawwa għolja
It-teknika tal-isputtering tal-manjetron pulsat b'qawwa għolja tuża qawwa tal-polz massima għolja (2-3 ordnijiet ta' kobor ogħla mill-isputtering konvenzjonali tal-manjetron) u ċiklu ta' dazju tal-polz baxx (0.5%-10%) biex tikseb rati għoljin ta' dissoċjazzjoni tal-metall (>50%), li hija derivata mill-karatteristiċi tal-isputtering tal-manjetron, kif muri fil-Pic 1, fejn id-densità tal-kurrent fil-mira massima I hija proporzjonali għall-qawwa esponenzjali n tal-vultaġġ tal-iskarika U, I = kUn (n hija kostanti relatata mal-istruttura tal-katodu, il-kamp manjetiku u l-materjal). F'densitajiet ta' qawwa aktar baxxi (vultaġġ baxx) il-valur n ġeneralment ikun fil-medda ta' 5 sa 15; biż-żieda fil-vultaġġ tal-iskarika, id-densità tal-kurrent u d-densità tal-qawwa jiżdiedu malajr, u f'vultaġġ għoli l-valur n isir 1 minħabba t-telf tal-konfinament tal-kamp manjetiku. Jekk f'densitajiet ta' qawwa baxxa, l-iskarika tal-gass hija determinata minn joni tal-gass li jinsabu fil-modalità normali ta' skarika pulsata; Jekk f'densitajiet ta' qawwa għolja, il-proporzjon ta' joni tal-metall fil-plażma jiżdied u xi materjali jaqilbu, jiġifieri fil-modalità ta' awto-sputtering, jiġifieri l-plażma tinżamm permezz tal-jonizzazzjoni ta' partiċelli newtrali sputtered u joni tal-metall sekondarji, u atomi ta' gass inert bħal Ar jintużaw biss biex jaqbdu l-plażma, wara li l-partiċelli tal-metall sputtered jiġu jonizzati ħdejn il-mira u aċċellerati lura biex ibbumbardjaw il-mira sputtered taħt l-azzjoni ta' kampi manjetiċi u elettriċi biex iżommu l-iskariku ta' kurrent għoli, u l-plażma hija partiċelli tal-metall jonizzati ħafna. Minħabba l-effett tat-tisħin tal-proċess tal-isputtering fuq il-mira, sabiex jiġi żgurat it-tħaddim stabbli tal-mira f'applikazzjonijiet industrijali, id-densità tal-qawwa applikata direttament fuq il-mira ma tistax tkun kbira wisq, ġeneralment it-tkessiħ dirett bl-ilma u l-konduttività termali tal-materjal fil-mira għandhom ikunu fil-każ ta' 25 W/cm2 taħt, tkessiħ indirett bl-ilma, konduttività termali tal-materjal fil-mira hija fqira, materjal fil-mira kkawżat minn frammentazzjoni minħabba stress termali jew materjal fil-mira fih komponenti ta' liga volatili baxxa u każijiet oħra ta' densità tal-qawwa tista' tkun biss f'2 ~ 15 W/cm2 taħt, ferm taħt ir-rekwiżiti ta' densità ta' qawwa għolja. Il-problema ta' sħana żejda fil-mira tista' tissolva bl-użu ta' impulsi ta' qawwa għolja dojoq ħafna. Anders jiddefinixxi l-isputtering tal-manjetron pulsat ta' qawwa għolja bħala tip ta' sputtering pulsat fejn id-densità tal-qawwa massima taqbeż id-densità medja tal-qawwa b'2 sa 3 ordnijiet ta' kobor, u l-isputtering tal-jone fil-mira jiddomina l-proċess tal-isputtering, u l-atomi tal-isputtering fil-mira huma dissoċjati ħafna.

Nru. 2 Il-karatteristiċi tad-depożizzjoni tal-kisi tal-isputtering tal-manjetron pulsat ta' qawwa għolja

L-isputtering tal-manjetron pulsat b'qawwa għolja jista' jipproduċi plażma b'rata għolja ta' dissoċjazzjoni u enerġija għolja tal-joni, u jista' japplika pressjoni ta' preġudizzju biex jaċċellera l-joni ċċarġjati, u l-proċess ta' depożizzjoni tal-kisi jiġi bbumbardjat minn partiċelli ta' enerġija għolja, li hija teknoloġija tipika tal-IPVD. L-enerġija u d-distribuzzjoni tal-joni għandhom impatt importanti ħafna fuq il-kwalità u l-prestazzjoni tal-kisi.
Dwar l-IPVD, ibbażat fuq il-mudell famuż tar-reġjun strutturali ta' Thorton, Anders ippropona mudell ta' reġjun strutturali li jinkludi d-depożizzjoni tal-plażma u l-inċiżjoni tal-joni, estenda r-relazzjoni bejn l-istruttura tal-kisi u t-temperatura u l-pressjoni tal-arja fil-mudell tar-reġjun strutturali ta' Thorton għar-relazzjoni bejn l-istruttura tal-kisi, it-temperatura u l-enerġija tal-joni, kif muri fil-Pic 2. Fil-każ ta' kisi b'depożizzjoni tal-joni b'enerġija baxxa, l-istruttura tal-kisi tikkonforma mal-mudell taż-żona tal-istruttura ta' Thorton. Biż-żieda fit-temperatura tad-depożizzjoni, it-tranżizzjoni mir-reġjun 1 (kristalli tal-fibra poruża maħlula) għar-reġjun T (kristalli tal-fibra densa), reġjun 2 (kristalli kolonnari) u reġjun 3 (reġjun ta' rikristallizzazzjoni); biż-żieda fl-enerġija tal-joni tad-depożizzjoni, it-temperatura tat-tranżizzjoni mir-reġjun 1 għar-reġjun T, reġjun 2 u reġjun 3 tonqos. Il-kristalli tal-fibra b'densità għolja u l-kristalli kolonnari jistgħu jiġu ppreparati f'temperatura baxxa. Meta l-enerġija tal-joni depożitati tiżdied għall-ordni ta' 1-10 eV, il-bumbardament u l-inċiżjoni tal-joni fuq il-wiċċ tal-kisi depożitat jiżdiedu u l-ħxuna tal-kisi tiżdied.

Nru. 3 Tħejjija ta' saff ta' kisi iebes permezz ta' teknoloġija ta' sputtering ta' magnetron pulsat b'qawwa għolja
Il-kisi ppreparat bit-teknoloġija tal-isputtering tal-manjetron pulsat ta' qawwa għolja huwa aktar dens, bi proprjetajiet mekkaniċi aħjar u stabbiltà f'temperatura għolja. Kif muri fil-Pic 3, il-kisi konvenzjonali tat-TiAlN sputtered bil-manjetron huwa struttura kristallina kolonnari b'ebusija ta' 30 GPa u modulu ta' Young ta' 460 GPa; il-kisi HIPIMS-TiAlN għandu ebusija ta' 34 GPa filwaqt li l-modulu ta' Young huwa 377 GPa; il-proporzjon bejn l-ebusija u l-modulu ta' Young huwa kejl tat-toughness tal-kisi. Ebusija ogħla u modulu ta' Young iżgħar ifissru t-toughness aħjar. Il-kisi HIPIMS-TiAlN għandu stabbiltà aħjar f'temperatura għolja, bil-fażi eżagonali tal-AlN preċipitat fil-kisi konvenzjonali tat-TiAlN wara trattament ta' ttemprar f'temperatura għolja f'1,000 °C għal 4 sigħat. L-ebusija tal-kisi tonqos f'temperatura għolja, filwaqt li l-kisi HIPIMS-TiAlN jibqa' l-istess wara t-trattament bis-sħana fl-istess temperatura u ħin. Il-kisi HIPIMS-TiAlN għandu wkoll temperatura ogħla ta' bidu ta' ossidazzjoni f'temperatura għolja mill-kisi konvenzjonali. Għalhekk, il-kisi HIPIMS-TiAlN juri prestazzjoni ħafna aħjar f'għodod tat-tqattigħ b'veloċità għolja minn għodod oħra miksija ppreparati bil-proċess PVD.