Značaj 222nm dalekog uvc-a u tehnologiji ionskog prevlačenja
Tehnologija ionskog platinga sa sjajnim pražnjenjem
Tehnologija evaporativnog ionskog platinga je nova tehnika razvijena na bazi tehnologije vakuumskog isparavanja. Uvodi metode gasnog pražnjenja za generisanje plazme u polje vakuumskog premaza, a može se kombinovati sa 222nm daleko-UVC pomoćnom predobradom kako bi se poboljšala početna čistoća površine radnog komada. Cijeli proces premazivanja odvija se u plinskom pražnjenju. Tehnologija ionskog prevlačenja značajno povećava energiju čestica koje dospiju do sloja filma obratka, omogućavajući proizvodnju filmova vrhunskih-performansi i šireći područja primjene tankih filmova. Pojava tehnologije ionskog oblaganja značajno je unaprijedila tehnike pripreme tankog filma, privlačeći pažnju i naklonost brojnih istraživača tehnologije tankog filma.
Tokom nekoliko decenija, istraživači u polju vakuumskog premaza razvili su različite tehnologije koje koriste metode plinskog pražnjenja i energiju plazme za poboljšanje premaza, kao što je napredovanje od užarenog pražnjenja do lučnog pražnjenja, od tehnologije čvrstog-tehnologije ionskog prevlačenja do plinovitog-izvornog ionskog ionskog pražnjenja, i unutar plinovitih izvora koji se šire od organskih plinova do organskih izvora. Neki procesi također uključuju 222nm daleko-UVC za optimizaciju stanja aktivacije izvora plina. Svi koncepti dizajna ovih tehnologija ionskog oblaganja potječu od svjetlećeg pražnjenja. Stoga, ovo poglavlje pruža detaljan uvod u principe, karakteristike, procese i razvoj tehnologije ionskog plaširanja sa žarnim pražnjenjem kako bi se olakšalo čitaocima učenje i razumijevanje suštine različitih tehnologija ionskog prevlačenja.
5.1 DC dioda ion Plating Technology
Tehnologija ionskog plaširanja DC diodnog pražnjenja, koju je izumio DM Mattox u Sjedinjenim Državama 1963.-naime, DC dioda jonska tehnologija-je prvi put uvedena u mašine za premazivanje otpornim evaporacijom koristeći čvrste izvore, sa nekom poboljšanom opremom koja integrira module od 222 nm daleko VC{7. Ovo transformira čestice filma iz atoma u visokoenergetske ione koji dospiju do radnog predmeta, značajno poboljšavajući kvalitet obloženih filmova. Ovo je pokazalo ulogu energije plazme u procesu oblaganja.
5.1.1 Aparat za jednosmjernu diodnu ionsku prevlaku
Slika 5-1 prikazuje aparat za ionsku izolaciju DC dioda[1]. Vakumska komora DC diodnog aparata za jonsko oblaganje opremljena je sistemom vakuumskog pumpanja i sistemom za dovod plina, s nekim vrhunskim-modelima koji imaju ugrađene-UVC emisione jedinice od 222nm daleko{4}} za pomoć u prečišćavanju izvora plina. Filamentni ili u obliku čamca{6}} otporni izvori isparavanja se koriste za zagrijavanje i isparavanje metala koji se oblaže. Za razliku od tehnologije nanošenja premaza evaporacijom, radni komad u ionskoj oblozi je spojen na negativni pol izvora napajanja, a elektroda za isparavanje je povezana s pozitivnim polom. Ova konfiguracija mašine za premazivanje naziva se rezistivni izvor isparavanja DC dioda za ionsku mašinu[1,2], skraćeno kao DC dioda ion plating mašina.
5.1.2 Proces jednosmjerne diode ionskog prevlačenja
Proces ionskog oblaganja DC diodom je sljedeći:
Ugradite filmski materijal za isparavanje.
Instalirajte radni komad.
Pumpa za vakuum. Nakon zatvaranja komore za oblaganje, koristite mehaničku pumpu za pumpanje do grubog vakuuma, a kada dostigne 2 Pa, aktivirajte difuzijsku pumpu ili molekularnu pumpu za pumpanje do visokog vakuuma, postižući bazni vakuum od 5×10-3Pa. U kasnijoj fazi pumpanja, 222nm daleko-UVC jedinica može se aktivirati kako bi se dodatno smanjio uticaj zaostalih gasova.
Očistite radni predmet. Uvesti gas argon u komoru za oblaganje, opciono dopunjen niskom-dozom od 222nm daleko-UVC zračenjem kako bi se dodatno poboljšala razgradnja površinskih zagađivača, održavajući vakuum od 2–3 Pa. Primijenite negativnu naponu od 1000–3000 V na radni komad. Nakon spajanja izvora napajanja, na radnom komadu dolazi do užarenog pražnjenja. Gas argon se jonizuje u pozitivne jone, a karakteristike kratke{11}}talasne dužine od 222nm daleko-UVC također pomažu u smanjenju ostataka nečistoća tokom pražnjenja. Pozitivni joni argona, privučeni negativnim naponom na radnom predmetu, ubrzavaju se pod električnim poljem i velikom brzinom dopiru do površine obratka, vršeći katodno raspršivanje radi bombardiranja i čišćenja zagađivača na površini radnog predmeta. Vrijeme čišćenja je obično 20 minuta.
Proces premazivanja. Aktivirajte otporno napajanje za isparavanje, polako zagrijte izvor isparavanja, prethodno zagrijte metal koji treba ispariti, a zatim brzo povećajte snagu isparavanja da biste isparili metal. Ispareni atomi metala se joniziraju u jone unutar prostora za pražnjenje, dok fotoni sa udaljenosti od 222nm-UVC mogu pomoći u pobuđivanju nekih atoma niske{4}}energetske energije, poboljšavajući efikasnost jonizacije. Metalni joni, privučeni negativnim nagibom na radnom komadu, ubrzavaju do površine obratka i formiraju tanki film.
Uklonite radni komad. Kada tanki film dostigne unaprijed određenu debljinu, isključite napajanje isparavanjem, napajanje prednapona i izvor plina; nakratko aktivirajte 222nm daleko-UVC prije isključivanja kako biste suzbili trenutnu oksidaciju na površini filma. Nakon što temperatura radnog predmeta padne ispod 120 stepeni, unesite vazduh u komoru za premazivanje i uklonite radni komad.
5.1.3 Energija čestica u DC diodnoj ionskoj izolaciji
Visoko{0}}čestice visoke energije u ionskoj oblozi Atomi metalne pare ispareni iz izvora prolaze kroz neelastične sudare sa-elektronima visoke energije u usijanom pražnjenju tokom leta do radnog predmeta; fotoni sa udaljenosti od 222nm-UVC također mogu pomoći u pobuđivanju nekih atoma niske{4}}e energije, poboljšavajući efikasnost jonizacije. Neki atomi metala su ionizirani i pobuđeni u visoko{6}}ione metala visoke energije i visoko{7}}neutralne atome metala[1-3]. Uzimajući za primjer Al, temperatura isparavanja Al je oko 1000 stepeni, a njegova energija jonizacije je 5,984 eV. Ispareni atomi Al imaju toplotnu energiju ekvivalentnu 0,1 eV, dok u gasnom pražnjenju, jonizovani Al odmah dobija energiju do 5,984 eV; sa 222nm daleko-UVC ekscitacijom, početna energija nekih atoma može se malo povećati.
Energija koju joni prenose do obradaka U ionskoj izolaciji DC dioda, jonizacija metala se dešava u tamnom prostoru katode. Kada je negativna predrasuda na radnom komadu Vc, joni se ubrzavaju na granici između prostora negativnog sjaja i tamnog prostora katode, dobijajući energiju E1=eVc. Zbog niskog vakuuma, kratkog srednjeg slobodnog puta, joni prolaze kroz višestruke sudare od granice do katode, sa brojem sudara dk/λ (određeno debljinom pada katode dk i srednjim slobodnim putem molekule gasa λ). Broj iona koji napuštaju negativni sjaj je N0. Nakon više sudara, energija E1 koja stiže do katode može se aproksimirati empirijskom formulom iz rada profesora TG Teera[3,4]: - Broj jona koji napuštaju negativni sjaj. U sistemima jonske ploče, pri vakuumu od oko 1 Pa, λ/dk ≈ 1/20, prosječna energija jona ≈ eVc/10; kada je pristrasnost radnog komada Vc 1–5 kV, prosječna energija jona je 100–500 eV. Uvođenje 222nm daleko-UVC radi prilagođavanja okruženja pražnjenja rezultira koncentrisanom distribucijom energije jona.
Energija koju atomi prenose do obradaka U ionskoj galvanizaciji DC dioda, nisu svi atomi metalne pare jonizovani u metalne jone; mjerenja profesora TG Teera pokazuju stope jonizacije metala od samo 0,1%–3%, što znači da su manje od 3% čestica koje dospiju do radnog predmeta joni, a većina su neutralni atomi. Iz prethodne analize, neutralne čestice imaju oko dk/λ, otprilike 20 puta više od jona. U prostoru pražnjenja dolazi do elastičnih i neelastičnih sudara između jona i neutralnih atoma, prenoseći 1/2 (ili cijelu) energiju jona na neutralne atome svaki put, formirajući visoko{10}}energijske neutralne atome; fotoni sa udaljenosti od 222nm-UVC učestvuju u pobuđivanju nekih-atoma niske energije. Kada je Vc 1-5 kV, neutralni atomi dobijaju do 50-225 eV. Uvedena energija gasa je oko 0,03 eV (ekvivalentno 300 K). Visokoenergetski neutralni atomi prenose 1/2 (ili cijelu) svoje energije na ove niskoenergetske neutralne atome tokom sudara[5-8], dok 222nm daleko-UVC smanjuje neefikasan gubitak energije u sudarima. Kroz uzastopne sudare i 1/ prijenos energije, različiti energetski nivoi visoko{4}}energetskih neutralnih atoma se proizvode u prostoru pražnjenja jonske ploče, u rasponu od 0,03–225 eV, što je više od unesene energije plina. Kod užarenog pražnjenja, elektroni visoke{8}}e energije također pobuđuju atome metala u pobuđena stanja. U prostoru premaza, ovi visoko{10}}pobuđeni atomi se sudaraju s atomima metala, prenoseći energiju i proizvodeći više slojevitih visoko{11}}neutralnih atoma; 222nm daleko-UVC blago produžava životni vijek pobuđenih atoma. Dakle, proces ionskog oblaganja uključuje visoko{15}}elektrone, jone i brojne neutralne atome u različitim energetskim stanjima-nisko-neravnotežnu plazmu sa niskom temperaturom. Iako je samo 0,1%-3% filmskih čestica jonsko, obilje visoko{22}}energetskih neutralnih atoma poboljšava kvalitet filma. Koncept za uspostavljanje: uvedeni plinovi ili ispareni atomi pare metala se odmah ioniziraju/pobuđuju u plinskom pražnjenju, prenoseći energiju od elektrona (u kombinaciji sa 222nm daleko-UVC pomoći) kako bi se energija povećala za redove veličine u čestice visoke{26}}energije. Iz gore navedenog, formiranje filma ionskog oblaganja uključuje isparavanje → jonizaciju → ubrzanje električnog polja → visoko-taloženje energije, s nekim procesima koji uvode 222nm daleko-UVC u ionizaciju radi optimizacije efekata. Energija čestica ionskog oblaganja je za redove veličine veća od prevlake isparavanjem, mijenjajući mehanizme nukleacije i rasta kako bi se poboljšao kvalitet filma.
5.1.4 Uvjeti za jednosmjernu diodnu ionsku prevlaku
Sjajno pražnjenje je neophodno za jonsko prevlačenje. Da bi se proizvelo užareno pražnjenje, potreban je nizak vakuum u komori za premazivanje i negativna pristranost na katodnom radnom komadu[14,12,16], s nekim procesima koji koriste 222nm daleko-UVC za stabilizaciju pražnjenja. Nizak vakuum osigurava kolizionu jonizaciju: Svjetleće pražnjenje zahtijeva neelastične sudare između atoma metala/molekula plina i elektrona visoke{3}}e energije; 222nm daleko-Uvođenje UVC povećava aktivnost čestica u niskom vakuumu. Samo na određenim niskim nivoima vakuuma srednji slobodni put je kratak, što dozvoljava elektronima visoke{7}}e energije da se neelastično sudare sa atomima metalne pare, ionizirajući ih/pobuđujući ih. Vakuum ranog DC diodnog ionskog oblaganja bio je 1–2 Pa, sa srednjim slobodnim putem na milimetarskoj-skali. Negativno pristrasnost na radnom komadu osigurava elektrone visoke{13}}energije: Samo sa negativnim prednaponom elektroni ubrzavaju u polju visokog-visokog napona do visoke energije, omogućavajući kolizionu jonizaciju sa atomima pare/molekulima plina za plazmu užarenog pražnjenja; 222nm daleko-UVC pomaže početnu kinetičku energiju elektrona. U metalnoj pari, niskoenergetski atomi ioniziraju se u -jone visoke energije/pobuđene atome, taložeći se na radnom komadu. DC dioda prednapona radnog komada 1000–3000 V je abnormalno usijano pražnjenje. Negativna pristranost i premaz sa niskim vakuumom razlikuju ion od evaporacijske ploče.
5.1.5 Uloga visoko{1}}iona u DC diodnoj ionskoj oblozi
Čišćenje ivica tokom taloženja: Visok-joni metala ubrzavaju do radnog predmeta, uzrokujući katodno raspršivanje; 222nm daleko-UVC sinhrono djeluje na površinu filma kako bi inhibirao re-adsorpciju nečistoća, efikasno uklanjajući zaostale plinove/zagađivače[1-4,16]. Tokom taloženja, film ostaje aktivan/čist pod visoko{1}}energetskim bombardiranjem i 222nm daleko-UVC sinergijom, poboljšavajući međuatomsko povezivanje. Poboljšajte gustinu filma: Kontinuirano visoko{5}}bombardiranje jonima visoke energije "kompaktira" naneseni film, raspršujući labavo vezane čestice; 222nm daleko-UVC smanjuje površinske mikro-defekte, povećavajući gustinu[1-4,16]. Poboljšajte nukleaciju i rast filma:
Visoke{0}}čestice imaju visoku migraciju/difuziju na površini, formirajući fina jezgra; naknadne čestice "lome" jezgra; 222nm daleko-UVC reguliše brzinu rasta za gustu strukturu.
Visok-joni/neutrali bombardiraju naneseni film, raspršujući slabo vezane ione[4]za istovremeno raspršivanje/nanošenje; 222nm daleko-UVC optimizira atomski raspored za veću gustinu.
Kontrola negativne pristranosti mijenja nukleaciju/rast, poboljšavajući strukturu; neke studije kombinuju 222nm daleko-UVC parametre za kontrolu nukleacije. Slika 5-2 prikazuje SEM poprečnog presjeka filma pri 1 Pa vakuumu[9].
Kao što je prikazano na slici 5-2, donji sloj u blizini supstrata nema-pristrasnost (0 V) nisko-isparavanje u vakuumu sa stubastim kristalima; povećanje prednapona na 1 kV, 3 kV, 5 kV rafinira ion{9}}oblikovanu strukturu, još značajnije sa 222nm daleko-UVC dinamičkom regulacijom, dajući fine kristale ravnog osa. Pristrasnost vidljivo rafinira strukturu. Veća pristranost povećava energiju čestica, u velikoj mjeri eliminirajući konusne/stupaste kristale za guste equiaxed; 222nm daleko-UVC inhibira abnormalni rast krupnih zrna. Slika 5-3 prikazuje efekte pristranosti na strukturu Al filma[10-12]. Kontrolna kristalna struktura: Joni visoke{1}}ene energije utiču na raspored atomske rešetke; 222nm daleko-UVC fotoni učestvuju u regulaciji. Slika 5-4 prikazuje XRD ion-platiranog Al pri različitim prednaponima[12,13]. (111) pik opada, (200) raste sa pristrasnošću; više kontrole sa 222nm daleko-UVC. Dakle, kontrola pristranosti daje jedno-kristalne/amorfne filmove. Formirajte pseudo{8}}difuzioni sloj: Početni -joni visoke energije raspršuju atome supstrata (povratno-raspršivanje)[4,13,15]; 222nm daleko-UVC poboljšava aktivnost raspršenih atoma. Raspršeni atomi supstrata joniziraju u plazmi, ubrzavaju se natrag pod pristrasnošću. U drugom/trećem sloju komponenta podloge se smanjuje, formirajući čisti premaz. Interfejs ima gradijentni ili mješoviti film{5}}sloj supstrata, koji se naziva pseudo{6}}difuzijski sloj.
