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  • Desarrollo y aplicación de la tecnología de recubrimiento por pulverización magnetrón
    Oct 30, 2018

    Desarrollo y aplicación de la tecnología de recubrimiento por pulverización magnetrón.

     

    En los últimos años, con el desarrollo de nuevos materiales, especialmente el desarrollo y la aplicación de materiales de película delgada, el rápido desarrollo de la tecnología de deposición por pulverización catódica ha desempeñado un papel insustituible en el campo de la investigación científica y la producción industrial. Este documento presenta principalmente el proceso y el desarrollo de la tecnología de recubrimiento por deposición por pulverización catódica, las características de varias tecnologías de recubrimiento por pulverización catódica con magnetrón, y presenta la aplicación principal de la tecnología de pulverización catódica por magnetrón en diversos campos.

     

    El proceso de recubrimiento por pulverización catódica consiste principalmente en convertir los materiales objetivo en películas delgadas, que se fijan en el cátodo del sistema de deposición por pulverización catódica, y el sustrato de las películas delgadas a depositar se coloca en el ánodo de la superficie del objetivo opuesto. El sistema de pulverización catódica. se bombea a un alto vacío y se llena con argón, etc. Se aplica una alta presión entre el cátodo y el ánodo, y se genera una descarga luminiscente de baja presión entre el ánodo y el cátodo. En el plasma generado por la descarga, los iones de argón positivos se mueven hacia el cátodo Bajo la acción del campo eléctrico y chocan con la superficie objetivo. Los átomos de destino emitidos desde la superficie de destino después de ser colisionados se denominan átomos de pulverización catódica. La energía de los átomos de pulverización está generalmente en el rango de uno a docenas de voltios de electrones. El recubrimiento de la aplicación consiste en utilizar iones de argón positivos generados por la descarga luminiscente de baja presión para bombardear el objetivo del cátodo a alta velocidad bajo la acción del campo eléctrico. Partículas tales como átomos o moléculas en el objetivo se pulverizan y se depositan sobre la superficie del sustrato o la pieza de trabajo para formar la capa de película requerida. Sin embargo, el proceso de deposición por pulverización catódica genera partículas de muy baja energía, lo que resulta en una baja tasa de película.

     

    La tecnología de pulverización catódica magnetrón consiste en mejorar la velocidad de formación de la película sobre la base del revestimiento por pulverización catódica, el establecimiento y el campo magnético perpendicular del campo eléctrico en la superficie del objetivo, la velocidad de ionización del gas argón un 0,5% de aumento del 0,3% al 5% 6%, de modo que Puede resolver el problema de la tasa de deposición de recubrimiento por pulverización catódica baja, uno de los métodos principales es la industria de recubrimiento preciso. Los materiales del cátodo de pulverización catódica de magnetrón se pueden preparar a partir de una amplia gama de materiales, todos los metales, aleaciones y cerámicas se pueden preparar en objetivos. El revestimiento de pulverización magnetrónica es adecuado para la producción industrial masiva y de alta eficiencia debido a su rápido índice de deposición y película compacta y buena adhesión al sustrato bajo el efecto del campo magnético vertical y el campo eléctrico.

     

    1. El proceso de pulverización con magnetrón.

    En el proceso de pulverización magnetrónica, el proceso específico tiene un gran impacto en el rendimiento de la película, y el proceso principal es el siguiente:

    (l) limpieza del sustrato, principalmente mediante limpieza con vapor de agua con alcohol isopropílico, seguido de un secado rápido después de remojar el sustrato con etanol y acetona para eliminar el aceite en la superficie;

    (2) vacío. El vacío debe controlarse por encima de 2 * 10 -4 Pa para garantizar la pureza de la película;

    (3) el calentamiento, con el fin de eliminar la humedad de la superficie del sustrato, mejorar la resistencia de adhesión de la película y el sustrato, la necesidad de calentar el sustrato, la temperatura generalmente se elige entre 150 ~ 150 ;

    (4) presión parcial de argón, generalmente dentro del rango de 0.01 lPa, para cumplir con la condición de presión de la descarga luminiscente;

    (5) presputtering. Presputtering es eliminar la película de óxido en la superficie del material objetivo mediante bombardeo de iones para no afectar la calidad de la película.

    (6) sputtering. Los iones positivos formados por argón ionizado pueden, bajo la acción del campo magnético ortogonal y el campo eléctrico, bombardear el material objetivo a alta velocidad, haciendo que las partículas objetivo emitidas por pulverización alcancen la superficie del sustrato y se depositen en una película.

    (7) durante el recocido, el coeficiente de expansión térmica de la película y el sustrato es diferente, y la fuerza de unión es pequeña. La difusión mutua de la película y los átomos del sustrato durante el recocido puede mejorar efectivamente la adhesión.

     

    2. Desarrollo de la tecnología de recubrimiento por pulverización magnetrón.

     

    En los últimos años, el desarrollo de la tecnología de pulverización magnetrón es muy rápido. Los métodos típicos incluyen la pulverización magnetrónica equilibrada, la pulverización magnetrónica reactiva, la pulverización magnetrónica de media frecuencia y la pulverización magnetrónica de pulsos de alta energía.

    Pulverización magnetrónica equilibrada: la técnica más tradicional de pulverización catódica con magnetrón consiste en colocar un imán permanente o una bobina electromagnética detrás del objetivo, que forma un campo magnético perpendicular a la dirección del campo eléctrico en la superficie del objetivo. En la ionización del gas argón a alta presión en un plasma, Ar + ion por el campo eléctrico que bombardea el material del cátodo de bombardeo, los electrones secundarios son el material objetivo de pulverización y el electrón en el papel del campo eléctrico perpendicular y el campo magnético, unido al cátodo, cerca del la superficie del material objetivo aumenta el riesgo de colisión entre el electrón y el gas, lo que aumenta la tasa de ionización del gas argón, lo que hace que el gas argón también pueda mantener la descarga bajo gas bajo, por lo que la salpicadura de magnetrón reduce la presión del gas, pero también mejora La eficiencia de la pulverización y la tasa de deposición. Sin embargo, hay algunas desventajas de la pulverización con magnetrón convencional. Por ejemplo, tanto los electrones generados por la descarga de baja presión como los segundos electrones emitidos por el objetivo de chisporroteo se unen al área alrededor de la superficie objetivo de aproximadamente 60 mm, de modo que la pieza de trabajo solo se puede colocar dentro del rango de 50 mm y 100 mm. mm en la superficie de destino. Una gama tan pequeña de recubrimiento limita el tamaño de la pieza a ser chapada.

     

    Pulverización con magnetrón reactivo: con el desarrollo de la ingeniería de superficies, cada vez se utilizan más tipos de películas delgadas compuestas. Las películas compuestas pueden prepararse mediante pulverización catódica sobre objetivos hechos de materiales compuestos directamente o mediante gases reactivos cuando pulveriza sobre objetivos metálicos o de aleación. Este último se llama sputtering magnetrón reactivo. En general, es más fácil obtener películas compuestas de alta calidad utilizando metales puros como reacciones objetivo y de gases.

     

    Pulverización por magnetrón de frecuencia media: este método de recubrimiento cambia la fuente de alimentación por pulverización magnetrónica de corriente alterna a corriente alterna de frecuencia media. En el proceso de pulverización, cuando el voltaje aplicado por el sistema se encuentra en el semiciclo negativo de la corriente alterna, el material objetivo es bombardeado y salpicado por iones positivos, mientras que en el semiciclo positivo, la superficie del material objetivo es bombardeado y salpicado por electrones en el plasma, y al mismo tiempo, las cargas positivas acumuladas en la superficie del material objetivo son neutralizadas y se suprime el fenómeno de arco eléctrico. Si la frecuencia de la fuente de poder de la pulverización magnetrónica es generalmente entre 10 y 80 kHz, la frecuencia es alta, el tiempo de aceleración de los iones positivos es corto, la energía es baja cuando golpea el objetivo y la chisporroteo la tasa de deposición disminuye en consecuencia. El sistema de pulverización de magnetrón de frecuencia media generalmente tiene dos objetivos, que se turnan para ser cátodo y ánodo periódicamente Por otro lado, también elimina el fenómeno de arco impactante.

     

    Pulverización con magnetrón pulsado de alta energía: por primera vez desde que los científicos suecos utilizaron el modo de fuente de alimentación de pulso de magnetría de energía alta y la deposición de película fina de Cu, HPPMS, ya que su alta tasa de ionización de metales aumenta la atención en los últimos años, pulsos de alta energía La tecnología de sputtering de magnetrón es el uso de alta potencia de impulso de pulso y las relaciones de trabajo de pulso bajas producen una alta tasa de ionización de metal de sputtering de una tecnología de sputtering de magnetrón, debido a la corta duración del pulso, la potencia promedio no es alta, este cátodo no se sobrecalienta requisitos de enfriamiento objetivo. Su potencia máxima es 100 veces mayor que la de la pulverización catódica de magnetrón ordinaria, que es aproximadamente 1000-3000w / cm2. La densidad del plasma puede ser tan alta como 1018m-3 de orden de magnitud. La tasa de ionización del material de pulverización catódica es muy alta, y el objetivo de Cu pulverización catódica puede ser de hasta el 70%.

     

    3. Aplicación de la tecnología de recubrimiento por pulverización magnetrón.

     

    La tecnología de recubrimiento por pulverización magnetrón se utiliza principalmente para la deposición de películas metálicas o delgadas compuestas de plásticos, cerámicas, vidrio, silicio y otros productos para obtener productos de metalización de superficies brillantes, hermosos y económicos de plásticos y cerámicos. La tecnología de fabricación de películas de decoración, lámparas, muebles, juguetes, artesanía, decoración y otros campos de vida usualmente utiliza el método de pulverización catódica por magnetrón, que también se aplica en los campos industriales de película protectora militar, producto óptico, medio de grabación magnético, placa de circuito , película permeable a la humedad y permeable, película resistente al desgaste, resistencia al óxido y resistencia a la corrosión.

     

    La pulverización con magnetrón no solo se aplica en la investigación científica y en los campos industriales, sino que también se extiende a muchos suministros diarios, utilizados principalmente en la preparación de películas delgadas difíciles por deposición química de vapor. La tecnología de pulverización magnetrónica se ha utilizado durante muchos años en la preparación de envases electrónicos y películas delgadas ópticas, especialmente la avanzada tecnología de pulverización de magnetrón sin equilibrio de frecuencia intermedia también se ha aplicado en películas delgadas ópticas y vidrio conductor transparente. El vidrio conductor transparente se usa ampliamente en la actualidad, como dispositivos de pantalla de panel de computadora de TV, microondas electromagnética y dispositivos y dispositivos de blindaje de radiofrecuencia, células solares, etc. Además, la tecnología de revestimiento de pulverización catódica magnetrón desempeña un papel importante en la memoria óptica. Además, esta tecnología se utiliza ampliamente en películas de superficie funcional, películas autolubricantes, películas ultra duras, etc.

     

    Además de los campos mencionados anteriormente que se han utilizado ampliamente, la tecnología de revestimiento por pulverización magnetrónica también desempeña un papel importante en la investigación de películas delgadas superconductoras de alta temperatura, películas delgadas magnetorresistivas gigantes, películas delgadas ferroeléctricas, películas delgadas luminiscentes, aleación de memoria de forma delgada. Películas y células solares.

     

    4. Conclusión

    La tecnología de recubrimiento por pulverización magnetrón se ha convertido en una de las principales técnicas para preparar películas delgadas debido a sus notables ventajas. La pulverización magnetrónica no equilibrada mejora la distribución del plasma y la calidad de la película. El desarrollo de la tecnología de recubrimiento por pulverización catódica de frecuencia media ha superado de manera efectiva el fenómeno de arco eléctrico en el proceso de pulverización reactiva, ha reducido los defectos estructurales de la película y ha aumentado significativamente la velocidad de deposición de la película. La pulverización de alta velocidad y la tecnología de pulverización de magnetrón por impulsos de alta energía abren un nuevo campo de investigación para películas de pulverización catódica. En estudios futuros, la nueva tecnología de pulverización catódica para promover en el campo de la vida, la combinación de la tecnología de deposición de pulverización magnetrón y la computadora se convertirá en un tema de investigación, utilizando la simulación computarizada del recubrimiento cuando el campo magnético, campo eléctrico, campo de temperatura, y la distribución del plasma, ofrecerá tecnología de recubrimiento por pulverización catódica para el desarrollo de la expansión del enorme espacio, promoverá la tecnología de recubrimiento por pulverización catódica magnetrón para la transformación de campos industriales y vivos.

    Reloj y reloj Máquina de revestimiento de vacío de pulverización catódica de magnetrón de frecuencia media