Ters Püskürtme Parametreleri: Biriktirilen Film Hangi Önyargı Geriliminde Yeniden- Püskürtülür?
Öngerilim voltajı yüksek olduğunda önceden biriktirilmiş olan film kesilecek mi?
Cevap evet.
Bu olay, PVD'de ters püskürtme (veya yeniden-püskürtme) olarak bilinir.
Öngerilim voltajı kritik bir eşiği aştığında, iyon enerjisi, halihazırda birikmiş olan film atomlarını yerinden çıkaracak ve onları tekrar gaz fazına fırlatacak kadar yüksek hale gelir. Biriktirme oranı buna göre düşer. Ciddi durumlarda negatif birikim meydana gelir - film zamanla incelir.
Ters Püskürtme Nedir?
PVD biriktirme sırasında iş parçası yüzeyinde aynı anda iki işlem gerçekleşir:
Film büyümesi: Hedeften saçılan atomlar alt tabakaya doğru ilerleyerek kaplamayı oluşturur.
Film aşındırma: Öngerilim ile hızlandırılan iyonlar iş parçasını bombardıman eder ve halihazırda birikmiş olan atomları kırar.
Dolayısıyla net mevduat oranı şu ilişkiyi takip eder:
Net Biriktirme Oranı=Biriktirme Oranı − Yeniden-püskürtme Oranı
Normal çalışma koşullarında, biriktirme hızı yeniden püskürtme oranını aştığında-film kalınlığı artar. Öngerilim voltajı arttıkça yeniden-püskürtme yoğunlaşır. Sonunda, uzaklaştırılan atomların hızı biriktirme oranını aşabilir.
Öncelikle temel kavramı tanıtalım: püskürtme verimi.
Püskürtme verimi, yüksek-enerjili bir iyon bir malzemeye çarptığında fırlatılan ortalama atom sayısını ifade eder. Örneğin, 500 eV argon iyonları kromu (Cr) bombaladığında, püskürtme verimi kabaca iyon başına 0,6 ila 0,8 Cr atomu arasında değişir. Genel olarak, daha yüksek iyon enerjisi, daha yüksek bir püskürtme verimi üretir. Sonuç olarak, daha yüksek öngerilim voltajı, malzemenin iş parçası yüzeyinden uzaklaştırılma oranını hızlandırır.
Kritik ön gerilim voltajı çeşitli malzemeler için farklılık gösterir:
Saf metaller (Cr, Ti vb.)
50–100 V: Normal biriktirme
200–300 V: Dikkat çekici yeniden-püskürtme başlıyor
300–500 V: Biriktirme oranı sıfıra yaklaşıyor
500 V'un üzerinde: Ağ aşınması meydana gelebilir
Saf metaller yeniden püskürtmeye en duyarlı olanlardır-.
Nitrürler (TiN, CrN, vb.)
Nitrürler daha güçlü kimyasal bağlara sahiptir ve atomların yerinden çıkmasını zorlaştırır. Bu nedenle, önemli miktarda yeniden sıçratma için kritik öngerilim voltajları daha yüksektir-.
200 V'un altında: Kararlı normal birikim
300–500 V: Biriktirme oranında bariz azalma
500–800 V: Net malzeme kaldırma için kritik eşiğe yaklaşılıyor
DLC (Elmas-Karbon Gibi)
DLC özel bir durumdur. Pek çok ta-C (dört yüzlü amorf karbon) işlemi, -800 V'tan -1500 V'a kadar darbeli öngerilim kullanır. Bununla birlikte, darbeli mod ve orta düzeyde ortalama iyon enerjisi sayesinde, kararlı biriktirme yine de korunabilir. Şiddetli ters püskürtme yalnızca daha yüksek iyon enerjilerinde ortaya çıkar.
Orta Düzeyde Yeniden-Püskürtme Neden Faydalıdır?
Yeni gelenlerin çoğu yanlışlıkla yeniden püskürtmeyi-olumsuz bir etki olarak görür ki bu yanlıştır.
PVD'de alt tabaka eğilimi, kaplama kalitesini iyileştirmek için kısmen hafif yeniden püskürtmeye- dayanır. Gevşek bir şekilde bağlı atomlar, zayıf bir şekilde yapışmış parçacıklar ve kararsız mikro yapılar tercihen püskürtülür. Geriye yalnızca yoğun şekilde bağlı, stabil yapılar kalır. Mekanizma kumu elemeye benziyor: gevşek taneler çıkarılarak kompakt bir çerçeve kalıyor.
Buna göre kontrollü hafif yeniden püskürtme,{0}film yoğunlaştırması için önemli bir faktördür.
Aşırı Yeniden{0}}Püskürtmeden Kaynaklanan Sorunlar
Yeniden püskürtme çok yoğun olduğunda-sorunlar ortaya çıkar:
Azaltılmış biriktirme oranı
Bu en doğrudan gözlemdir. Hedef gücü değişmese bile, yeni biriken malzeme sürekli olarak aşındırıldığından film kalınlığı çok daha yavaş oluşur.
Alaşım bileşimindeki değişim
Örnek olarak TiAlN'yi ele alalım: alüminyumun yeniden-püskürtülmesi titanyuma göre daha kolaydır. Kaplamadaki alüminyum içeriği giderek azalır ve bu da nihai bileşimin tasarım hedefinden sapmasına yol açar.
Bozulmuş kristal yapı
Aşırı derecede yüksek önyargı, oluşan kristal kafesi kalıcı iyon bombardımanına maruz bırakır. Bunun sonuçları arasında büyük ölçüde artan içsel gerilim, artan kusurlar, hasarlı tane yapıları, kırılgan kaplamalar ve hatta film çatlaması yer alır.
Üretimde Optimal Öngerilim Gerilimini Belirlemenin Pratik Yöntemi
Ön gerilim taraması standart yaklaşımdır.
Hedef gücü, alt tabaka sıcaklığını, çalışma basıncını ve gaz akışını sabit tutun; yalnızca öngerilim voltajını ayarlayın. Her durum için biriktirme oranını, sertliği, artık gerilimi ve kaplama bileşimini karakterize edin.
Çoğu test sonucunda kaplama sertliği ilk başta sürekli olarak artmaktadır. Belirli bir noktaya ulaştıktan sonra biriktirme oranı keskin bir şekilde düşer. Bu dönüm noktası şiddetli ters püskürtmenin başladığı yeri işaret eder.
Optimum öngerilim voltajı tipik olarak bu eşiğin biraz altına ayarlanır. Aşırı yeniden püskürtmeyi önlerken yüksek kaplama yoğunluğu sağlar-.
Yaygın Bir Yanlış Kanı
Çoğu teknisyen, daha yüksek öngerilim voltajının daha gelişmiş bir prosese eşit olduğunu varsayar. Bu bir yanlış anlamadır.
Yüzey eğilimi bir yol silindirine benzetilebilir: yetersiz basınç kaplamayı sıkıştırmada başarısız olur; orta düzeyde basınç pürüzsüz, sağlam bir yüzey sağlar; aşırı basınç yol yüzeyini aşındırır.
Özet
Ters püskürtme doğal bir fiziksel olaydır. Aşırı yüksek önyargı, yüksek-enerjili iyonların önceden birikmiş kaplamaları yeniden-aşındırmasına olanak tanır.
Orta düzeyde yeniden püskürtme,{0}filmin yoğunlaşmasını kolaylaştırır. Ancak aşırı yeniden püskürtme, daha yavaş birikmeye, bileşimsel kaymaya, artan strese ve yapısal bozulmaya neden olur.
Öngerilim voltajı daha yüksek değerlerde üstün değildir. Olgun bir süreç dengeyi sağlar: biriken kaplamayı aşındırmadan filmi yoğunlaştırmak için yeterli iyon bombardımanı.
