Tuoteryhmä
Ota yhteyttä

Haohai Metal Meterials Co, Ltd

Haohai Titanium Co, Ltd


Mekko:

Laitos nro 19, TusPark, Century Avenue,

Xianyang City, Shaanxi Pro., 712000, Kiina


Puh:

+86 29 3358 2330

+86 29 3358 2349


Faksi:

+86 29 3315 9049


Sähköposti:

info@pvdtarget.com

sales@pvdtarget.com



Huoltohenkilökunta
029 3358 2330

Tekniikka

Etusivu > TekniikkaSisältö

Haihdutus ja sputterointi


Höyrystymisen ja sputteroinnin vertailu


Haihdutus elektronisuihkulla

Lämpöhaihduttimessa päällystysmateriaalin pääosa siirtyy kiinteästä höyryn tilasta lämpökuumentamalla tai elektronipommituksella. Haihdutettu materiaali kuljetetaan sitten substraattiin, jossa ohutkalvon muodostuminen tapahtuu. Tällaisen pinnoitustekniikan kriittiset parametrit ovat pääasiassa haihtuneiden hiukkasten keskimääräinen nopeus ja niiden kulmajakauma. Pohjapaine on pidettävä korkean alipainealueen sisällä haihtumispartikkeleiden ja kammiossa olevien jäännöskaasujen välisten iskujen määrän minimoimiseksi. Korkea tyhjiö mahdollistaa hiukkasille riittävän "keskimääräisen vapaan reitin" ohutkalvon kasvaessa substraattitasolle. Päällystäminen haihdutuksella suoritetaan tavallisesti kammiossa, kuten kuvassa 1 on esitetty. Ruostumattomasta teräksestä valmistettu kammio tyhjennetään primääri- ja sekundaaripumpun avulla (esimerkiksi turbo-pumppu, kuten esimerkissä tai diffuusiopumppu). Höyrystimen lähde on e-palkkipistooli; päällysteen kasvua ohjataan kvartsikide- mikrobalanssilla, joka voi ilmoittaa sekä paksuuden että haihtumisnopeuden. Ionipistoolia lisätään päällystemateriaalin tiheyden lisäämiseksi tai substraattien valmistamiseksi kerrostumiseen.

PVD evaporation chamber.jpg

Kuva 1: PVD-haihdutuskammio



Höyrystimen jakautuminen: tasausmaskin

Tasainen substraatti haihtuvan aineen jakautuminen riippuu voimakkaasti lähteen ja substraatin välisestä etäisyydestä sekä substraatin ja haihdutuslähteen välisestä kulmasta. Riippuvuus määritellään niin sanotulla kosini-lain perusteella, jonka vuoksi etäisyyden riippuvuus on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön ja kulman riippuvuus on verrannollinen kulman kosinikkoon. Vaikka ensimmäinen voidaan suurimmaksi osaksi korjata käyttämällä pallomaista kalottiä, joka pitää substraatteja, toinen tekijä vaatii yhtenäisyysmaskin saavuttamaan haihtuvan materiaalin tasaisen jakautumisen kaikilla substraateilla.


Päällystysmateriaalit, joissa lämpö- tai kaukovalo haihtuu

Pinnoittaminen materiaalihöyrystymisen avulla oli suuri askel päällysteknologiassa, kun se otettiin käyttöön 1930-luvulla. Nykyään tämä tekniikka mahdollistaa useiden erilaisten pinnoitusmateriaalien käytön, kuten alla olevassa taulukossa on kuvattu:

laskeuma
tarvikkeet Tyypillinen haihdutus epäpuhtaus Laskeutumisnopeus Lämpötila-alue Kustannus
lämpö- Metalli- tai alhaisen sulamispisteen materiaalit

Au, Ag, Al, Cr, Sn, Sb, Ge, In, Mg, Ga

CdS, Pbs, CdSe, NaCl, KCl, AgCl, MgF2, CaF2, PbCl2

Korkea 1 - 20 A / s - 1800 ℃ Matala
E-Beam Sekä metalli että dielektrisyys

Kaikki edellä, plus:

Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, Mo, Al 2O 3 , SiO, SiO 2 , SnO 2 , Ti02, Zr02

Matala 10 - 100 A / s - 3000 ℃ Korkea


Sputter pinnoitustekniikka

Sputteripinnoitus, joka tunnetaan myös nimellä "katodinen sputterointi", käyttää nopeutettujen ionien eroosivoivaa vaikutusta kohdemateriaalin pinnalla. Näillä ioneilla on riittävästi energiaa poistaa (= sputter) hiukkaset kohdepinnalla. Yksinkertaisimmassa muodossaan suurta tyhjiössä syntyy sähkökenttää anodin ja katodilevyn (kohde) välillä, joka on sputtered. Sähköjännitteellä toimiva kaasu, yleensä Argon (Ar), ionisoituu tuottaen hehkutuksen. Koska kohde pidetään negatiivisessa jännitteessä, positiiviset Ar + -ionit nopeutuvat kohti kohdetta ja "sputter" atomien pinnalla. Päinvastoin kuin terminen haihtuminen, sputteroimalla kohteen hiukkaset eivät muutu lämmön avulla vaan suoraan "momentumensiirron" (epäelastinen törmäys) avulla ionin ja atomoitavan materiaalin atomien välillä. Suoritetun sputteroinnin suorittamiseksi tarvitaan tietty kynnysenergia atomien poistamiseksi kohdepinnalta ja tuoda ne tyhjiöön. Tämä on osoitettu sputterointitehokkuudella S, joka on sputteredin materiaalin suhde Ar + -ionin suhteen. Sputterointimenetelmillä on paljon suurempi energia kuin haihtumisprosesseilla, mikä tarkoittaa, että sputteroitu materiaali on tavallisesti ionien muodossa ja kyky tuottaa erittäin tiheitä päällysteitä.


Magnetron-sputterointi

Tavallisin sputterointitekniikka on magnetronisputteraus, jossa magneetit asetetaan kohteen alueelle, jotta sputterointi-ionien tiheys säilyy erittäin korkeana, mikä lisää sputterointitehokkuutta. Tällä tavoin on mahdollista saada korkeampi ja stabiilampi sputterointinopeus ja siten nopeampi laskeuma. Magnetroni-sputterointimaalausprosessi ei vaadi mikrobalanssin säätöä; online-paksuuden säätö voidaan suorittaa vain sputterointiajalla: kerran aloitettu päällystyspinnoitusnopeus (eli paksuus päällystetty sekunnissa, joka annetaan yleensä nm / s: na) riippuu magneettikentästä, sähköisestä kiihdytyskenttästä ja kaasun paineesta. Jos nämä parametrit ovat vakioita, saostumisnopeus on stabiili samoin ja se on toistettavissa samoissa olosuhteissa edellä mainituissa parametreissä.


Seuraava kuvio 2 esittää pyöreää piiokohtaa Ar + -ionien pommittamisen aikana. On mahdollista nähdä ionien suurin tiheys (valkoinen valo), joka vastaa pysyvää magneettikenttää. Kuitenkin sputtered-atomit tulevat koko magnetronin pinnasta.

th.jpeg

Kuva 2: Plasmaa pyöreästä pii-kohteesta argonionipommituksen alla



Reaktiivinen sputterointi

Reaktiivisessa magnetronisusputteroinnissa lisätään reaktiivista kaasua (tai kaasuseosta) inerttiin kaasuun (esimerkiksi Argon) ja reagoi kohdejakson kanssa hajonneiden atomien kanssa substraatin kerroksen muodostumisen aikana. Reaktiivisen kaasun oikea määrä määritetään päällystetyn materiaalin vaaditut optiset ominaisuudet. Kalvo voi olla sub-stoikiometrinen, stoikiometrinen tai hapetettu riippuen päällystyskammioon asetettujen reaktiivisten kaasujen määrään, mikä johtaa pinnoitetun materiaalin täysin erilaisiin fysikaalisiin ja optisiin ominaisuuksiin1. Tämän tekniikan avulla on esimerkiksi mahdollista päällystää korkean taitekertoimen ja matalan taitekertoimen indeksin materiaalikerrokset käyttäen vain yhtä kohdetta.


Pii on yksi mielenkiintoisimmista pinnoitusmateriaaleista. Sekoittamalla piidioksidi typpioksidilla on mahdollista saada suuri taitekerroinindikaattori Si3N4 (n 2,05 @ 520nm bulkkimuodossaan); sekoittamalla se happea, on mahdollista saada pieni taitekerroin-aine Si02 (n. 1,46 @ 520 nm sen bulkkimuodossa). Kuviossa 3 esitetään reaktiivisen sputterointitekniikan kaavio. Typpeä ja happea käytetään reaktiivisina kaasuna; Argonia käytetään plasman luomiseen ja sputterointiin Silicon-tavoite.

Reactive sputtering chamber.jpg

Kuva 3: Reaktiivinen sputterointikammio



Vertailu haihdutus- ja sputter-pinnoitusmenetelmien välillä

Sputterointi ei ole haihtumismenetelmä. Prosessissa mukana oleva suuri energia ei synny haihdutettuja atomia kuten lämpöhahdutuksella. Sen sijaan se luo plasman varautuneita jauhemaisia hiukkasia, joilla on paljon suurempi energia. Sputteroimalla ja haihduttamalla saadut hiukkasten vertailemiseksi jälkimmäiset ovat paljon vähemmän energiaa ja siksi eivät voi järjestäytyä suuren tiheyden kasvaessa ohutta kalvoa alustalle.


Kuten kuviossa 1 on havainnollistettu, e-säteen haihtuminen tarvitsee ionisäteen apua laskeuman aikana suuremman tiheyden saavuttamiseksi. Tätä tekniikkaa kutsutaan Ion Assisted Depositioniksi (Ion Assisted Deposition, ION). Ionipalkkiaseoksessa muodostuu inertti- tai reaktiivisen kaasun plasmaa; aseista ladatut hiukkaset osuivat kasvavaan kalvoon ja lisäsivät kalvon tiheyttä. Suurempi tiheys voi parantaa päällystetyn kalvon mekaanisia ominaisuuksia tai lisätä päällysteen kulutuskestävyyttä. Toinen haihtuvuuden rajoitus on sen voimakas riippuvuus haihdutusmateriaalin haihtumisnopeudesta, minkä vuoksi on mahdotonta haihtua aineita monimutkaisilla stoikiometrisilla tai jopa seosmateriaaleilla. Sitä vastoin sputterointi on paljon vähemmän herkkä kohdekohdan stoikiometrille. Sputteroinnilla on kuitenkin mahdotonta päällystää fluoridimateriaaleja (kuten MgF 2 ), koska sputteroitu plasma tuhoaa fluoridikalvojen rakenteen.


Silmätautien etsimiseen sputterointi on nyt kypsä tekniikka AR- tai Mirror-päällystettyjen linssien valmistukseen. Sen tärkeimpiä etuja ovat prosessin nopeus, laskeutumisnopeuden vakaus, joka mahdollistaa kvartsikidenäytön välttämisen ja mahdollisuuden suorittaa täysin automatisoituja prosesseja.


Automaation kyky perustuu seuraaviin kahteen seikkaan:

Koska sputterointi käyttää sputterointia ja / tai reaktiivista kaasua, sputterointimenetelmä ei tarvitse yhtä alhaista alipainetasoa kuin haihtuminen.

Jakautuminen ei liity haihtumiskartioon haihtumisprosessissa. Siksi on mahdollista toteuttaa pienikokoisempia pinnoituskameroita, jotka voidaan integroida helpommin automaattiseen tuotantolinjaan (yhdessä linssi- generaattorin, kiillotusaineen ja kovan päällysteen kanssa käytettävän spin-pinnoitteen kanssa).


Edellä mainitut ominaisuudet ovat johtaneet monien in-line sputterointijärjestelmien tuottamiseen erilaisiin tuotesovelluksiin silmänvalmistusteollisuudessa ja sen ulkopuolella. Nykyisin, kuten haihtumisessa, muovialusta + kova lakka + sputter AR-pinnoite voidaan virittää korkealaatuisen linssituotteen saavuttamiseksi optisten, mekaanisten ja kestävien ominaisuuksien suhteen.


YHTEENVETO

Hyvin lyhyt katsaus yleisimmistä PVD-tekniikoista on tarjottu. Lämpöhaihdutus on kehittyneempi tekniikka: se on ollut olemassa jo 1930-luvulta lähtien, ammattitaitoiset ja koulutetut toimijat ovat saatavilla ympäri maailmaa ja mahdollistavat lähes kaikki "tavanomaisiin" pinnoitus sovelluksiin tarvittavat materiaalit (esimerkki: silmälasien pinnoittamiseksi). Sputterointi on nuorempi tekniikka: se on ollut olemassa 1970-luvun alkupuolelta lähtien, ja sitä on käytetty ennen kaikkea huipputason sovelluksissa (kuten avaruustekniikka). Nykyään sen etuja käytetään kuitenkin myös "tavallisiin" silmänpäällysteisiin. Lämpöhaihdutus tarvitsee suurta tyhjiötä, kun taas sputterointi toimii korkeammalla paineella, joten se on helposti automatisoitu tekniikka, jota voidaan käyttää lineaarisissa pinnoitusjärjestelmissä. Sputterointikerroksen nopeus on erittäin viritettävissä ja - plasmatuotantoteknologiasta riippuen - saavuttaa erittäin suuret ja vakavat arvot DC (= Direct Current) tai pulssi DC -tekniikalla. Molemmat päällystystekniikat voidaan virittää päällystettyjen kalvojen erilaisten fysikaalisten ominaisuuksien saamiseksi. Päätös, jonka mukaan käytettävän teknologian tulisi perustua vaadittuun tuotannon tuotokseen, kustannuksiin, pinnoitettavien alustojen lukumäärään, substraattityyppiin ja pinnoitteen lopullisiin ominaisuuksiin.