HiPIMS தொழில்நுட்ப அறிமுகம்

எண்.1 உயர் சக்தி துடிப்புள்ள மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங்கின் கொள்கை
உயர் சக்தி துடிப்புள்ள மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் நுட்பமானது, உயர் உலோகப் பிரிப்பு விகிதங்களை (>50%) அடைவதற்காக, உயர் உச்ச துடிப்பு சக்தியையும் (வழக்கமான மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங்கை விட 2-3 மடங்கு அதிகமானது) மற்றும் குறைந்த துடிப்பு கடமை சுழற்சியையும் (0.5%-10%) பயன்படுத்துகிறது. இது படம் 1-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் பண்புகளிலிருந்து பெறப்படுகிறது. இதில், உச்ச இலக்கு மின்னோட்ட அடர்த்தி I ஆனது, வெளியேற்ற மின்னழுத்தம் U-இன் அடுக்குக்குறி n-ஆவது அடுக்குக்கு விகிதாசாரமாக உள்ளது, I = kUn (n என்பது எதிர்மின்முனை அமைப்பு, காந்தப்புலம் மற்றும் பொருள் ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடைய ஒரு மாறிலி). குறைந்த சக்தி அடர்த்திகளில் (குறைந்த மின்னழுத்தம்) n-இன் மதிப்பு பொதுவாக 5 முதல் 15 வரையிலான வரம்பில் இருக்கும்; வெளியேற்ற மின்னழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, ​​மின்னோட்ட அடர்த்தி மற்றும் சக்தி அடர்த்தி வேகமாக அதிகரிக்கின்றன, மேலும் உயர் மின்னழுத்தத்தில் காந்தப்புலக் கட்டுப்பாடு இழக்கப்படுவதால் n-இன் மதிப்பு 1 ஆகிறது. குறைந்த சக்தி அடர்த்திகளில், வாயு வெளியேற்றமானது சாதாரண துடிப்புள்ள வெளியேற்ற முறையில் உள்ள வாயு அயனிகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது; அதிக ஆற்றல் அடர்த்திகளில், பிளாஸ்மாவில் உள்ள உலோக அயனிகளின் விகிதம் அதிகரித்து, சில பொருட்கள் நிலைமாறும்போது, ​​அது சுய-சிதறல் பயன்முறையில் நிகழ்கிறது. அதாவது, சிதறடிக்கப்பட்ட நடுநிலைத் துகள்கள் மற்றும் இரண்டாம் நிலை உலோக அயனிகளின் அயனியாக்கத்தால் பிளாஸ்மா பராமரிக்கப்படுகிறது. மேலும், Ar போன்ற மந்த வாயு அணுக்கள் பிளாஸ்மாவைத் தூண்டுவதற்கு மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அதன் பிறகு, சிதறடிக்கப்பட்ட உலோகத் துகள்கள் இலக்கிற்கு அருகில் அயனியாக்கம் செய்யப்பட்டு, காந்த மற்றும் மின் புலங்களின் செயல்பாட்டின் கீழ் சிதறடிக்கப்பட்ட இலக்கின் மீது மோதுவதற்காக மீண்டும் முடுக்கிவிடப்படுகின்றன. இது உயர் மின்னோட்ட வெளியேற்றத்தைப் பராமரிக்கிறது, மேலும் பிளாஸ்மா என்பது அதிக அளவில் அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட உலோகத் துகள்களாகும். ஸ்பட்டரிங் செயல்முறையின் போது இலக்கின் மீது ஏற்படும் வெப்ப விளைவின் காரணமாக, தொழில்துறை பயன்பாடுகளில் இலக்கின் நிலையான செயல்பாட்டை உறுதி செய்வதற்காக, இலக்கின் மீது நேரடியாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஆற்றல் அடர்த்தி மிக அதிகமாக இருக்கக்கூடாது. பொதுவாக, நேரடி நீர் குளிர்விப்பு மற்றும் இலக்குப் பொருளின் வெப்பக் கடத்துத்திறன் 25 W/cm²-க்குக் குறைவாக இருக்க வேண்டும். மறைமுக நீர் குளிர்விப்பு, இலக்குப் பொருளின் வெப்பக் கடத்துத்திறன் குறைவாக இருப்பது, வெப்ப அழுத்தத்தால் இலக்குப் பொருள் சிதைவடைவது, அல்லது இலக்குப் பொருளில் எளிதில் ஆவியாகாத கலப்புலோகக் கூறுகள் இருப்பது போன்ற பிற சந்தர்ப்பங்களில், ஆற்றல் அடர்த்தி 2 முதல் 15 W/cm²-க்குக் குறைவாக மட்டுமே இருக்க முடியும், இது உயர் ஆற்றல் அடர்த்திக்கான தேவைகளை விட மிகவும் குறைவாகும். மிகக் குறுகிய உயர் ஆற்றல் துடிப்புகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் இலக்கு அதிக வெப்பமடைதல் சிக்கலைத் தீர்க்க முடியும். ஆண்டர்ஸ், உயர்-ஆற்றல் துடிப்புள்ள மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங்கை, ஒரு வகையான துடிப்புள்ள ஸ்பட்டரிங் என வரையறுக்கிறார். இதில் உச்ச ஆற்றல் அடர்த்தி, சராசரி ஆற்றல் அடர்த்தியை விட 2 முதல் 3 வரிசை அளவுகளில் அதிகமாக இருக்கும், மேலும் ஸ்பட்டரிங் செயல்முறையில் இலக்கு அயனி ஸ்பட்டரிங் ஆதிக்கம் செலுத்தும், மற்றும் இலக்கு ஸ்பட்டரிங் அணுக்கள் அதிக அளவில் சிதைக்கப்படும்.

எண்.2 உயர் சக்தி துடிப்புள்ள மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் பூச்சு படிதலின் பண்புகள்

உயர் சக்தி துடிப்புள்ள மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் மூலம், அதிகப் பிரிதல் வீதம் மற்றும் அதிக அயனி ஆற்றல் கொண்ட பிளாஸ்மாவை உருவாக்க முடியும். மேலும், மின்னூட்டம் பெற்ற அயனிகளை முடுக்கிவிட சார்பு அழுத்தத்தைப் பயன்படுத்தும்போது, ​​பூச்சுப் படிதல் செயல்முறையானது உயர் ஆற்றல் துகள்களால் தாக்கப்படுகிறது. இது ஒரு வழக்கமான IPVD தொழில்நுட்பமாகும். அயனி ஆற்றலும் அதன் பரவலும் பூச்சின் தரம் மற்றும் செயல்திறனில் மிக முக்கியமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன.
IPVD-ஐப் பொறுத்தவரை, புகழ்பெற்ற தோர்டன் கட்டமைப்பு மண்டல மாதிரியை அடிப்படையாகக் கொண்டு, ஆண்டர்ஸ் பிளாஸ்மா படிவு மற்றும் அயனி அரித்தல் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கிய ஒரு கட்டமைப்பு மண்டல மாதிரியை முன்மொழிந்தார். தோர்டன் கட்டமைப்பு மண்டல மாதிரியில் உள்ள பூச்சுக் கட்டமைப்புக்கும் வெப்பநிலை மற்றும் காற்று அழுத்தத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பை, படம் 2-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, பூச்சுக் கட்டமைப்பு, வெப்பநிலை மற்றும் அயனி ஆற்றல் ஆகியவற்றுக்கு இடையிலான தொடர்பாக அவர் விரிவுபடுத்தினார். குறைந்த ஆற்றல் அயனிப் படிவுப் பூச்சின் விஷயத்தில், பூச்சின் கட்டமைப்பு தோர்டன் கட்டமைப்பு மண்டல மாதிரியுடன் ஒத்துப்போகிறது. படிவு வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது, ​​மண்டலம் 1 (தளர்வான நுண்துளை இழைப் படிகங்கள்) இலிருந்து மண்டலம் T (அடர்த்தியான இழைப் படிகங்கள்), மண்டலம் 2 (தூண் வடிவப் படிகங்கள்) மற்றும் மண்டலம் 3 (மறுபடிகமாக்கல் மண்டலம்) ஆகியவற்றுக்கான நிலைமாற்றம் ஏற்படுகிறது; படிவு அயனி ஆற்றல் அதிகரிக்கும்போது, ​​மண்டலம் 1 இலிருந்து மண்டலம் T, மண்டலம் 2 மற்றும் மண்டலம் 3 ஆகியவற்றுக்கான நிலைமாற்ற வெப்பநிலை குறைகிறது. அதிக அடர்த்தி கொண்ட இழைப் படிகங்களையும் தூண் வடிவப் படிகங்களையும் குறைந்த வெப்பநிலையில் தயாரிக்க முடியும். படியவைக்கப்பட்ட அயனிகளின் ஆற்றல் 1-10 eV என்ற அளவிற்கு அதிகரிக்கும்போது, ​​படியவைக்கப்பட்ட பூச்சுகளின் மேற்பரப்பில் அயனிகளின் மோதலும் அரிப்பும் மேம்படுத்தப்பட்டு, பூச்சுகளின் தடிமனும் அதிகரிக்கிறது.

எண்.3 உயர் சக்தி துடிப்பு காந்த அலை சிதறல் தொழில்நுட்பம் மூலம் கடினமான பூச்சு அடுக்கைத் தயாரித்தல்
உயர் சக்தி துடிப்புள்ள மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் தொழில்நுட்பத்தால் தயாரிக்கப்பட்ட பூச்சு, அதிக அடர்த்தியுடனும், சிறந்த இயந்திரவியல் பண்புகளுடனும் மற்றும் உயர் வெப்பநிலை நிலைத்தன்மையுடனும் உள்ளது. படம் 3-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, வழக்கமான மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் செய்யப்பட்ட TiAlN பூச்சானது, 30 GPa கடினத்தன்மை மற்றும் 460 GPa யங் குணகம் கொண்ட ஒரு தூண் வடிவ படிக அமைப்பாகும்; HIPIMS-TiAlN பூச்சின் கடினத்தன்மை 34 GPa ஆகவும், யங் குணகம் 377 GPa ஆகவும் உள்ளது; கடினத்தன்மைக்கும் யங் குணகத்திற்கும் இடையிலான விகிதமே பூச்சின் உறுதித்தன்மையின் அளவீடாகும். அதிக கடினத்தன்மை மற்றும் குறைந்த யங் குணகம் ஆகியவை சிறந்த உறுதித்தன்மையைக் குறிக்கின்றன. HIPIMS-TiAlN பூச்சானது சிறந்த உயர் வெப்பநிலை நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது. வழக்கமான TiAlN பூச்சில், 1,000 °C வெப்பநிலையில் 4 மணி நேரத்திற்கு செய்யப்படும் உயர் வெப்பநிலை பதப்படுத்தல் சிகிச்சைக்குப் பிறகு AlN அறுகோணப் படிநிலை வீழ்படிவாகிறது. உயர் வெப்பநிலையில் பூச்சின் கடினத்தன்மை குறைகிறது, ஆனால் HIPIMS-TiAlN பூச்சானது அதே வெப்பநிலை மற்றும் நேரத்தில் செய்யப்படும் வெப்ப சிகிச்சைக்குப் பிறகும் மாற்றமின்றி உள்ளது. வழக்கமான பூச்சுகளைக் காட்டிலும், HIPIMS-TiAlN பூச்சு அதிக வெப்பநிலை ஆக்சிஜனேற்றத்தின் தொடக்க வெப்பநிலையையும் கொண்டுள்ளது. எனவே, PVD செயல்முறையால் தயாரிக்கப்பட்ட மற்ற பூசப்பட்ட கருவிகளைக் காட்டிலும், அதிவேக வெட்டுக் கருவிகளில் HIPIMS-TiAlN பூச்சு மிகவும் சிறந்த செயல்திறனை வெளிப்படுத்துகிறது.