Prezantimi i Teknologjisë HiPIMS

Nr.1 Parimi i spërkatjes së magnetronit me puls të lartë
Teknika e spërkatjes së magnetronit me puls të lartë përdor fuqi të lartë të pulsit të pikut (2-3 rend magnitudë më të lartë se spërkatja konvencionale e magnetronit) dhe ciklin e punës me impuls të ulët (0.5%-10%) për të arritur shkallë të larta të disociimit të metaleve (>50%), e cila rrjedh nga karakteristikat e spërkatjes së magnetronit, siç tregohet në figurën 1, ku dendësia e rrymës së objektivit maksimal I është proporcionale me fuqinë n-të eksponenciale të tensionit të shkarkimit U, I = kUn (n është një konstante e lidhur me strukturën e katodës, fushën magnetike dhe materiale).Në densitet më të ulëta të fuqisë (tension i ulët) vlera n zakonisht është në rangun prej 5 deri në 15;me rritjen e tensionit të shkarkimit, densiteti i rrymës dhe densiteti i fuqisë rriten me shpejtësi, dhe në tension të lartë vlera n bëhet 1 për shkak të humbjes së kufizimit të fushës magnetike.Nëse në densitet të ulët të fuqisë, shkarkimi i gazit përcaktohet nga jonet e gazit që është në modalitetin normal të shkarkimit pulsues;nëse në densitet të lartë të fuqisë, përqindja e joneve metalike në plazmë rritet dhe disa materiale kalojnë, që është në modalitetin e vetë-spërkatjes, dmth. plazma mbahet nga jonizimi i grimcave neutrale të spërkatura dhe joneve metalike dytësore dhe atomeve të gazit inert. të tilla si Ar përdoren vetëm për të ndezur plazmën, pas së cilës grimcat metalike të spërkatura jonizohen pranë objektivit dhe përshpejtohen përsëri për të bombarduar objektivin e spërkatur nën veprimin e fushave magnetike dhe elektrike për të ruajtur shkarkimin e lartë të rrymës, dhe plazma është shumë grimcat metalike të jonizuara.Për shkak të procesit të spërkatjes së efektit të ngrohjes në objektiv, për të siguruar funksionimin e qëndrueshëm të objektivit në aplikimet industriale, dendësia e fuqisë e aplikuar drejtpërdrejt në objektiv nuk mund të jetë shumë e madhe, përgjithësisht ftohja e drejtpërdrejtë e ujit dhe përçueshmëria termike e materialit të synuar. duhet të jetë në rastin e 25 W / cm2 më poshtë, ftohja indirekte e ujit, përçueshmëria termike e materialit të synuar është e dobët, materiali i synuar i shkaktuar nga fragmentimi për shkak të stresit termik ose materiali i synuar përmban përbërës të ulët të aliazhit të avullueshëm dhe rastet e tjera të densitetit të fuqisë mund të jenë vetëm në 2 ~ 15 W / cm2 më poshtë, shumë më poshtë kërkesave të densitetit të lartë të fuqisë.Problemi i mbinxehjes së synuar mund të zgjidhet duke përdorur impulse shumë të ngushta me fuqi të lartë.Anders e përkufizon spërkatjen e magnetronit me puls të lartë si një lloj spërkatjeje pulsuese ku densiteti maksimal i fuqisë tejkalon densitetin mesatar të fuqisë me 2 deri në 3 rend të madhësisë dhe spërkatja e joneve të synuar dominon procesin e spërkatjes dhe atomet e spërkatjes së synuar janë shumë të ndara. .

Nr.2 Karakteristikat e depozitimit të veshjes me spërkatje të magnetronit me fuqi të lartë

Shpërthimi i magnetronit me pulsim të lartë mund të prodhojë plazmë me shkallë të lartë disociimi dhe energji të lartë jonike, dhe mund të aplikojë presion paragjykim për të përshpejtuar jonet e ngarkuara dhe procesi i depozitimit të veshjes bombardohet nga grimcat me energji të lartë, që është një teknologji tipike IPVD.Energjia dhe shpërndarja e joneve kanë një ndikim shumë të rëndësishëm në cilësinë dhe performancën e veshjes.
Rreth IPVD, bazuar në modelin e famshëm të rajonit strukturor Thorton, Anders propozoi një model të rajonit strukturor që përfshin depozitimin e plazmës dhe gdhendjen e joneve, zgjeroi marrëdhënien midis strukturës së veshjes dhe temperaturës dhe presionit të ajrit në modelin e rajonit strukturor Thorton në marrëdhënien midis strukturës së veshjes. temperatura dhe energjia e joneve, siç tregohet në figurën 2. Në rastin e veshjes së depozitimit të joneve me energji të ulët, struktura e veshjes përputhet me modelin e zonës së strukturës Thorton.Me rritjen e temperaturës së depozitimit, kalimi nga rajoni 1 (kristalet e fibrave poroze të lirshme) në rajonin T (kristalet e fibrave të dendura), rajoni 2 (kristalet kolonare) dhe rajoni 3 (rajoni i rikristalizimit);me rritjen e energjisë së joneve të depozitimit, temperatura e kalimit nga rajoni 1 në rajonin T, rajoni 2 dhe rajoni 3 zvogëlohet.Kristalet e fibrave me densitet të lartë dhe kristalet kolone mund të përgatiten në temperaturë të ulët.Kur energjia e joneve të depozituara rritet në rendin 1-10 eV, bombardimi dhe gravimi i joneve në sipërfaqen e veshjes së depozituar rritet dhe trashësia e veshjeve rritet.

Nr.3 Përgatitja e shtresës së fortë të veshjes me teknologjinë e spërkatjes me magnetron me pulsim të lartë
Veshja e përgatitur nga teknologjia e spërkatjes me pulsimin e fuqisë së lartë të magnetronit është më e dendur, me veti mekanike më të mira dhe qëndrueshmëri në temperaturë të lartë.Siç tregohet në figurën 3, veshja konvencionale e spërkatur me magnetron TiAlN është një strukturë kristalore kolone me një fortësi prej 30 GPa dhe një modul Young prej 460 GPa;veshja HIPIMS-TiAlN ka fortësi 34 GPa ndërsa moduli i Young është 377 GPa;raporti midis fortësisë dhe modulit të Young është një masë e qëndrueshmërisë së veshjes.Fortësia më e lartë dhe moduli më i vogël i Young do të thotë rezistencë më e mirë.Veshja HIPIMS-TiAlN ka stabilitet më të mirë në temperaturë të lartë, me fazën gjashtëkëndore AlN të precipituar në veshjen konvencionale TiAlN pas trajtimit të pjekjes në temperaturë të lartë në 1000 °C për 4 orë.Fortësia e veshjes zvogëlohet në temperaturë të lartë, ndërsa veshja HIPIMS-TiAlN mbetet e pandryshuar pas trajtimit termik në të njëjtën temperaturë dhe kohë.Veshja HIPIMS-TiAlN gjithashtu ka një temperaturë më të lartë fillimi të oksidimit në temperaturë të lartë sesa veshja konvencionale.Prandaj, veshja HIPIMS-TiAlN tregon performancë shumë më të mirë në veglat prerëse me shpejtësi të lartë sesa mjetet e tjera të veshura të përgatitura nga procesi PVD.