Технологии и оборудване за отлагане на титанов нитрид, Технопрофил 2000 отлагане на титанов нитрид
Невъзможно е да си представим производството на стоки през 21 век без нанасяне на филмови покрития във вакуум (вакуумно отлагане). Според приложението на покритието, то може да бъде разделено на два класа: защитно-декоративно и функционално.
Когато се говори за „функционалност“, най-често те имат предвид полезното използване на физичните и химичните свойства на покритията: електрически, оптични, магнитни, механични, корозионни и каталитични или комбинация от тях (оптични и електрически - филмите от индий-калаен оксид имат както оптична прозрачност, така и електропроводимост). Като функционални покрития най-често се използват филми от метали под формата на сплави и техните съединения с кислород, азот, въглерод (така наречените реактивни покрития).
Сложният химичен състав на покритията може да се получи само с помощта на техники за вакуумно йонно разпрашване, чиито разновидности са катодното разпрашване и неговата индустриална модификация магнетронно разпрашване.
Развитието на технологията за магнетронно разпръскване сега направи възможно решаването на цял набор от проблеми, които преди бяха изключителна привилегия на галванопластиката и дъговото изпаряване във вакуум. В същото време качеството на покритията, получени чрез магнетронно разпрашване, е значително по-високо от това, получено по традиционните методи. Основната промяна в техниката на магнетронно разпрашване, водеща до тези нови възможности, е значително увеличение и способността да се контролира степента на "йонна подкрепа" по време на растежа на покритието (увеличаване и контрол на "помощното" йонно бомбардиране на нарастващото покритие). Тези магнетронни разпръсквачи днес се наричат небалансирани магнетрони (NM) и магнетрони сдвоен непрекъснат разряд (DNR).
Благодарение на специалната конфигурация на магнитното поле, NM правят възможно нанасянето на покрития чрез излагане на повърхността на растящ филм на поток от плазмени йони на големи разстояния dS-T=150-200 mm от пулверизатора до субстрата.
Йонното бомбардиране на нарастващата повърхност на филма прави възможно контролирането на характеристиките на нуклеацията, морфологията, химичния състав, микроструктурата и напрежението във филма. Тези възможности за увеличаване на мобилността на адсорбираните атоми или разпръскването на слабо свързани атоми се дължат на високата енергия на бомбардиращите йони, водещи частиците. Благодарение на ефекта на "атомно коване", йонното бомбардиране дава възможност за получаване на плътни филми без пори с високи напрежения на натиск, които имат гладка лъскава повърхност.
И накрая, което е особено важно, при достатъчно високи нива на йонна експозиция е възможно да се получат така наречените "йонни" реактивни покрития (филми от нитриди, карбиди, метални оксиди), които имат комплекс от изключителни механични, термофизични и оптични свойства (висока твърдост, устойчивост на износване, електро- и топлопроводимост, оптична плътност), коренно различни от галваничните покрития и покритията, получени чрез вакуумна дъга. с тяхната порьозност и капкова фаза.
Новите възможности, предоставени от базираните на NM системи за магнетронно разпрашване (MPS), разширяват старите или въвеждат нови функционални и технологични възможности в промишленото производство на покрития.
По този начин възможността за нанасяне на йонни реактивни покрития при ниски (до 373 К) температури прави възможно нанасянето на тези покрития върху обещаващи продукти, изработени от материали с ниска температурна устойчивост (например месинг, пластмаса) иливъглеродни стомани с ниска температура на отвръщане. Значително, в сравнение с конвенционалните магнетрони, увеличение на граничните разстояния мишена-подложка (ds-T), които осигуряват необходимите условия за облъчване на висококачествени реактивни покрития (от 50 mm - за обикновени магнетрони, до 100p ...
Йонното действие върху повърхността на растящия филм се описва със следните параметри: — плътност на йонния ток js; — съотношение на йонния поток към потока от отложени атоми (брой падащи йони на отложен атом) v = ni/na; — енергията на йона Ei или стойността на отрицателния (спрямо плазмата) потенциал на самоотместване Usb;
В този случай Usb определя Ei в случаите, когато диелектрични филми или електропроводими филми са отложени върху диелектрични субстрати; Когато проводимите филми се отлагат върху електропроводим материал, Ei може да се контролира от стойността на потенциала на отклонение Us, приложен към субстрата от външен източник.
Увеличаването на тези параметри съответства на увеличаване на интензивността и енергията на йонното въздействие.
Нивото на излагане на йони, необходимо за получаване на висококачествени покрития, варира в зависимост от вида на отложените филми.
И така, за получаване на висококачествени "йонни" реактивни филми от титанов нитрид и метални карбиди (TiN, TiC, ZrN) се осигурява йонно действие с v>2 и Ei=50..150 eV.
Висококачествени диелектрични оксидни филми (ТiО2, ZrCb, AI2O3) се получават при умерено излагане на йони (v = 1 ... 2), но с достатъчно висока йонна енергия (Ei> 40 eV),което в този случай трябва да бъде осигурено от високи стойности на потенциала на самоотклонение Usb.
Използвахме NM за отлагане на оксидни слоеве от In2O3 и TiO2. Небалансираните магнетрони служат като източник с висока електронна температура, което дава висок отрицателен потенциал на субстратите в плазмата (Usb = -10 × -60 V) и относително силно йонно бомбардиране на диелектрични филми без външно отклонение.
За получаване на плътни метални филми без пори, при замяна на галванично покритие, в състояние на компресия (Al, Cu, Ti, Cr, Mo), за предпочитане са ниски нива на йонна поддръжка (v = 0,1 ... 1,0), тъй като при по-интензивно йонно бомбардиране увеличаването на напрежението на натиск над определена граница може да доведе до разрушаване на филма.
Като основни технологии Технопрофил-2000 използва методите на магнетронно разпрашване в най-модерната модификация на NM и DNR, в най-производителната и възпроизводима форма - непрекъснати вакуумни инсталации с въздушен шлюз.