Katodiskā loka depozīcija

Katodzaru loka nogulsnējums vai Arc-PVD ir fizikālās tvaiku uzklāšanas paņēmiens, kurā elektriskā loka materiāls iztvaicē no katoda mērķa. Iztvaicēts materiāls kondensējas uz substrāta, veidojot plānu plēvi . Šo tehniku ​​var izmantot, lai noglabātu metāla , keramikas un kompozītmateriālu plēves.

Process

Loka iztvaicēšanas process sākas ar augstas strāvas , zemas sprieguma loka uzkrāšanos uz katoda virsmas (sauc par mērķi), kas izraisa nelielu (parasti dažu mikrometrus platu), ļoti enerģētiskas izstarojošās zonas, kas pazīstama kā katoda vietas Vietējā temperatūra katoda punktā ir ārkārtīgi augsta (apmēram 15000 ° C), kā rezultātā izplūstošā katoda materiāla liels ātrums (10 km / s) atstāj katoda virsmas aizmuguri. Katoda vieta ir aktīva tikai īsu laika periodu, tad tā automātiski dzēš un aizdegas jaunā vietā, kas atrodas tuvu iepriekšējam krāterim. Šī uzvedība izraisa šķietamo loka kustību.

Tā kā loka pamatā ir strāvas pārvades vadītājs, to var ietekmēt elektromagnētiskā lauka pielietojums , kas praksē tiek izmantots, lai ātri pārvietotu loka gar visu mērķa virsmu tā, ka kopējā virsma laika gaitā tiek izkropļota.

Loka lokam ir ārkārtīgi liels jaudas blīvums, kas izraisa augstu jonizācijas pakāpi (30-100%), vairākus lādējamus jonus , neitrālās daļiņas, kopas un makrodaļiņas (piliņas). Ja iztvaicēšanas procesā tiek ieviesta reaģējošā gāze , mijiedarbībā ar jonu plūsmu var rasties disociācija , jonizācija un ierosme, un tiek novietota savienojuma plēve.

Viens no loka iztvaicēšanas procesa negatīviem aspektiem ir tas, ka tad, ja katoda vieta pārāk ilgi paliek iztvaikošanas punktā, tā var izplūst lielu daudzumu makrodaļiņu vai pilienu. Šie pilieni negatīvi ietekmē pārklājuma veiktspēju, jo tie ir slikti pielīmēti un var izstiepties caur pārklājumu. Vēl jo sliktāk, ja katoda mērķa materiālam ir zems kausēšanas punkts, piemēram, alumīnijs , katoda plankums var iztvaikot cauri mērķim, kā rezultātā tiek iztvaikots vai nu mērķa pamatnes plākšņu materiāls, vai dzesēšanas ūdens, kas nonāk kamerā. Tādēļ magnētiskie lauki, kā minēts iepriekš, tiek izmantoti, lai kontrolētu loka kustību. Ja izmanto cilindriskos katodus, katodus var arī pagriezt nogulsnēšanās laikā. Neļaujot katoda punktam palikt vienā pozīcijā pārāk ilgi, alumīnija mērķus var izmantot, un pilienu skaits tiek samazināts. Daži uzņēmumi arī izmanto filtrētos lokus, kas izmanto magnētiskos laukus, lai atdalītu pilienus no pārklājuma plūsmas.

Iekārtas dizains

Sablev tipa katodiskais loka avots, kas visplašāk tiek izmantots Rietumos, sastāv no īsa cilindriskā formas elektrības vadītāja katoda ar vienu atvērtu galu. Šim mērķim ir elektriski peldošs metāla gredzens, kas strādā kā lokveida slēgšanas gredzens (Strel'nitskij vairogs). Sistēmas anode var būt vai nu vakuuma kameras siena, vai diskrēta anoda. Loka punktus ģenerē mehāniskais sprūda (vai aizdedzes), kas pārspēj mērķa atvērumu, padarot īslaicīgu īsslēgumu starp katodu un anodu. Pēc tam, kad rodas loka plankumi, tos var vadīt ar magnētisko lauku vai pārvietoties nejauši, ja nav magnētiskā lauka.

Katodzaru loku avota plazmas staru satur vairākas lielākas atomu vai molekulu grupas (tā dēvētās makrodaļiņas), kas neļauj tam izmantot dažus pielietojumus bez noteikta veida filtrēšanas. Makrodaļiņu filtriem ir daudz dizainu, un visvairāk pētīta dizaina pamatā ir II Aksenovs un citi. 70. gados. Tas sastāv no ceturtdaļu toru kanāla, kas izliekts no loka avota par 90 grādiem, un plazmu no plazmas optikas principa vadīja no plazmas.

Ir arī citi interesanti dizaini, piemēram, dizains, kurā 90. gados ziņoja DA Karpovs taisna kanāla filtrs, kas iebūvēts ar saīsinātu konusa formas katodu. Šis dizains kļuva diezgan populārs gan līdzšinējā Krievijas un bijušās PSRS stiprajās filmiņās un pētniekiem. Katodu loka avotu var padarīt par garu cauruļveida formu (paplašināta loka) vai garu taisnstūra formu, bet abi modeļi ir mazāk populāri.

Pieteikumi

Katodisku loka nogulsnēšanos aktīvi izmanto, lai sintezētu ārkārtīgi cieto plēvi, lai aizsargātu griezējinstrumentu virsmu un būtiski palielinātu to dzīvi. Ar šo tehnoloģiju, tostarp TiN , TiAlN , CrN , ZrN , AlCrTiN un TiAlSiN, var sintezēt plašas cietās plēves, pārklājuma pārklājumus un nanokompozīta pārklājumus .

Tas tiek izmantots diezgan plaši, jo īpaši oglekļa jonu nogulsnēšanai, lai izveidotu dimantu līdzīgas oglekļa plēves. Tā kā jonus noplūst no virsmas ballistiski , tas ir izplatīts ne tikai atsevišķiem atomiem, bet arī lielākiem izdalāmiem atomu blokiem. Tādējādi šāda veida sistēmai ir nepieciešams filtrs, lai pirms atdalīšanas no stariem izņemtu atomu kopas. DLC plēve no filtrētās loka satur ļoti lielu sp ³ dimanta procentuālo daudzumu, kas pazīstams kā tetraedrāls amorfs ogleklis vai ta-C .

Filtrētu katodu loka var izmantot kā metāla jonu / plazmas avotu jonu implantai un plazmas imersijas jonu implancijai un nogulsnēšanai (PIII & D).