HiPIMS టెక్నాలజీ పరిచయం

అధిక శక్తి పల్స్డ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ యొక్క నెం.1 సూత్రం
అధిక శక్తి పల్స్డ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ టెక్నిక్, అధిక పీక్ పల్స్ పవర్ (సాంప్రదాయ మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ కంటే 2-3 రెట్లు ఎక్కువ) మరియు తక్కువ పల్స్ డ్యూటీ సైకిల్ (0.5%-10%) లను ఉపయోగించి అధిక లోహ విఘటన రేట్లను (>50%) సాధిస్తుంది. ఇది మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ లక్షణాల నుండి ఉద్భవించింది, దీనిని చిత్రం 1లో చూపినట్లుగా చూడవచ్చు, ఇక్కడ పీక్ టార్గెట్ కరెంట్ డెన్సిటీ I, డిశ్చార్జ్ వోల్టేజ్ U యొక్క ఘాతాంక nవ శక్తికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది, I = kUn (n అనేది కాథోడ్ నిర్మాణం, అయస్కాంత క్షేత్రం మరియు పదార్థానికి సంబంధించిన ఒక స్థిరాంకం). తక్కువ పవర్ డెన్సిటీల వద్ద (తక్కువ వోల్టేజ్) n విలువ సాధారణంగా 5 నుండి 15 పరిధిలో ఉంటుంది; డిశ్చార్జ్ వోల్టేజ్ పెరిగేకొద్దీ, కరెంట్ డెన్సిటీ మరియు పవర్ డెన్సిటీ వేగంగా పెరుగుతాయి, మరియు అధిక వోల్టేజ్ వద్ద అయస్కాంత క్షేత్ర బంధనం కోల్పోవడం వల్ల n విలువ 1 అవుతుంది. తక్కువ పవర్ డెన్సిటీల వద్ద, గ్యాస్ డిశ్చార్జ్ అనేది సాధారణ పల్స్డ్ డిశ్చార్జ్ మోడ్‌లో ఉండే గ్యాస్ అయాన్‌ల ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది; అధిక శక్తి సాంద్రతల వద్ద, ప్లాస్మాలో లోహ అయాన్ల నిష్పత్తి పెరిగి, కొన్ని పదార్థాలు స్విచ్ అయినప్పుడు, అంటే సెల్ఫ్-స్పుటరింగ్ మోడ్‌లో, అనగా స్పుటర్ చేయబడిన తటస్థ కణాలు మరియు ద్వితీయ లోహ అయాన్ల అయనీకరణం ద్వారా ప్లాస్మా నిర్వహించబడుతుంది, మరియు Ar వంటి జడ వాయు పరమాణువులు ప్లాస్మాను మండించడానికి మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి, ఆ తర్వాత స్పుటర్ చేయబడిన లోహ కణాలు లక్ష్యం దగ్గర అయనీకరణం చెంది, అధిక కరెంట్ డిశ్చార్జ్‌ను కొనసాగించడానికి అయస్కాంత మరియు విద్యుత్ క్షేత్రాల చర్య కింద స్పుటర్ చేయబడిన లక్ష్యాన్ని ఢీకొట్టడానికి తిరిగి వేగవంతం చేయబడతాయి, మరియు ప్లాస్మా అధికంగా అయనీకరణం చెందిన లోహ కణాలతో నిండి ఉంటుంది. స్పుటరింగ్ ప్రక్రియలో టార్గెట్‌పై కలిగే తాపన ప్రభావం కారణంగా, పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో టార్గెట్ యొక్క స్థిరమైన పనితీరును నిర్ధారించడానికి, టార్గెట్‌కు నేరుగా అందించే పవర్ డెన్సిటీ మరీ ఎక్కువగా ఉండకూడదు. సాధారణంగా, ప్రత్యక్ష నీటి శీతలీకరణ మరియు టార్గెట్ పదార్థం యొక్క ఉష్ణ వాహకత 25 W/cm² కంటే తక్కువగా ఉన్న సందర్భాలలో పవర్ డెన్సిటీని వాడాలి. పరోక్ష నీటి శీతలీకరణ, టార్గెట్ పదార్థం యొక్క ఉష్ణ వాహకత తక్కువగా ఉండటం, ఉష్ణ ఒత్తిడి కారణంగా టార్గెట్ పదార్థం ముక్కలవ్వడం లేదా టార్గెట్ పదార్థంలో తక్కువ బాష్పీభవన మిశ్రమలోహాలు ఉండటం వంటి ఇతర సందర్భాలలో పవర్ డెన్సిటీ కేవలం 2 నుండి 15 W/cm² కంటే తక్కువగా మాత్రమే ఉండగలదు, ఇది అధిక పవర్ డెన్సిటీ అవసరాలకు చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. చాలా సన్నని అధిక శక్తి పల్స్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా టార్గెట్ అధిక వేడి సమస్యను పరిష్కరించవచ్చు. ఆండర్స్ అధిక-శక్తి పల్స్డ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పుటరింగ్‌ను ఒక రకమైన పల్స్డ్ స్పుటరింగ్‌గా నిర్వచించారు, దీనిలో గరిష్ట పవర్ డెన్సిటీ సగటు పవర్ డెన్సిటీని 2 నుండి 3 పరిమాణ క్రమాల వరకు మించి ఉంటుంది, మరియు స్పుటరింగ్ ప్రక్రియలో టార్గెట్ అయాన్ స్పుటరింగ్ ఆధిపత్యం వహిస్తుంది, మరియు టార్గెట్ స్పుటరింగ్ పరమాణువులు అధికంగా విచ్ఛిన్నమవుతాయి.

నం.2 అధిక శక్తి పల్స్డ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ కోటింగ్ డిపోజిషన్ యొక్క లక్షణాలు

అధిక శక్తి పల్స్డ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ అధిక విఘటన రేటు మరియు అధిక అయాన్ శక్తితో ప్లాస్మాను ఉత్పత్తి చేయగలదు, మరియు ఆవేశిత అయాన్లను వేగవంతం చేయడానికి బయాస్ పీడనాన్ని వర్తింపజేయగలదు, మరియు పూత నిక్షేపణ ప్రక్రియ అధిక-శక్తి కణాలచే తాకబడుతుంది, ఇది ఒక విలక్షణమైన IPVD సాంకేతికత. అయాన్ శక్తి మరియు పంపిణీ పూత నాణ్యత మరియు పనితీరుపై చాలా ముఖ్యమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి.
IPVD గురించి, ప్రసిద్ధ థార్టన్ స్ట్రక్చరల్ రీజియన్ మోడల్ ఆధారంగా, ఆండర్స్ ప్లాస్మా డిపోజిషన్ మరియు అయాన్ ఎచింగ్‌లను కలిగి ఉన్న ఒక స్ట్రక్చరల్ రీజియన్ మోడల్‌ను ప్రతిపాదించారు. థార్టన్ స్ట్రక్చరల్ రీజియన్ మోడల్‌లోని కోటింగ్ నిర్మాణం మరియు ఉష్ణోగ్రత, గాలి పీడనం మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని, కోటింగ్ నిర్మాణం, ఉష్ణోగ్రత మరియు అయాన్ శక్తి మధ్య ఉన్న సంబంధానికి విస్తరించారు, ఇది చిత్రం 2లో చూపబడింది. తక్కువ శక్తి అయాన్ డిపోజిషన్ కోటింగ్ విషయంలో, కోటింగ్ నిర్మాణం థార్టన్ స్ట్రక్చర్ జోన్ మోడల్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది. డిపోజిషన్ ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, రీజియన్ 1 (వదులైన పోరస్ ఫైబర్ క్రిస్టల్స్) నుండి రీజియన్ T (దట్టమైన ఫైబర్ క్రిస్టల్స్), రీజియన్ 2 (కాలమ్నార్ క్రిస్టల్స్) మరియు రీజియన్ 3 (రీక్రిస్టలైజేషన్ రీజియన్)లకు పరివర్తన జరుగుతుంది; డిపోజిషన్ అయాన్ శక్తి పెరిగేకొద్దీ, రీజియన్ 1 నుండి రీజియన్ T, రీజియన్ 2 మరియు రీజియన్ 3లకు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది. అధిక-సాంద్రత గల ఫైబర్ క్రిస్టల్స్ మరియు కాలమ్నార్ క్రిస్టల్స్‌ను తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద తయారు చేయవచ్చు. డిపాజిట్ చేయబడిన అయాన్ల శక్తి 1-10 eV క్రమానికి పెరిగినప్పుడు, డిపాజిట్ చేయబడిన కోటింగ్ ఉపరితలంపై అయాన్ల బాంబార్డ్‌మెంట్ మరియు ఎచింగ్ మెరుగుపడుతుంది మరియు కోటింగ్ మందం పెరుగుతుంది.

నం.3 అధిక శక్తి పల్స్డ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ టెక్నాలజీ ద్వారా గట్టి పూత పొర తయారీ
అధిక శక్తి పల్స్డ్ మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టరింగ్ టెక్నాలజీ ద్వారా తయారు చేయబడిన పూత, మెరుగైన యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వంతో మరింత సాంద్రంగా ఉంటుంది. చిత్రం 3లో చూపిన విధంగా, సాంప్రదాయ మాగ్నెట్రాన్ స్పట్టర్డ్ TiAlN పూత 30 GPa కాఠిన్యం మరియు 460 GPa యంగ్స్ మాడ్యులస్‌తో ఒక స్తంభాకార స్ఫటిక నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది; HIPIMS-TiAlN పూత 34 GPa కాఠిన్యం కలిగి ఉండగా, దాని యంగ్స్ మాడ్యులస్ 377 GPaగా ఉంటుంది; కాఠిన్యం మరియు యంగ్స్ మాడ్యులస్ మధ్య నిష్పత్తి పూత యొక్క దృఢత్వానికి కొలమానం. అధిక కాఠిన్యం మరియు తక్కువ యంగ్స్ మాడ్యులస్ అంటే మెరుగైన దృఢత్వం అని అర్థం. HIPIMS-TiAlN పూత మెరుగైన అధిక ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంది, ఎందుకంటే సాంప్రదాయ TiAlN పూతను 1,000 °C వద్ద 4 గంటల పాటు అధిక ఉష్ణోగ్రత ఎనీలింగ్ చికిత్స చేసిన తర్వాత దానిలో AlN షడ్భుజి దశ అవక్షేపించబడింది. అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద పూత యొక్క కాఠిన్యం తగ్గుతుంది, అయితే HIPIMS-TiAlN పూత అదే ఉష్ణోగ్రత మరియు సమయంలో ఉష్ణ చికిత్స తర్వాత కూడా మారకుండా ఉంటుంది. సాంప్రదాయ కోటింగ్‌తో పోలిస్తే HIPIMS-TiAlN కోటింగ్‌కు అధిక ఉష్ణోగ్రత ఆక్సీకరణ యొక్క ఆరంభ ఉష్ణోగ్రత కూడా ఎక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, PVD ప్రక్రియ ద్వారా తయారు చేయబడిన ఇతర కోటెడ్ టూల్స్‌తో పోలిస్తే, HIPIMS-TiAlN కోటింగ్ అధిక-వేగపు కటింగ్ టూల్స్‌లో చాలా మెరుగైన పనితీరును కనబరుస్తుంది.