Параметри на обратното разпръскване: При какво напрежение на преднапрежение се разпръсква повторно отложеното фолио?{0}}?
Дали вече депозираният филм ще бъде отстранен, когато преднапрежението е високо?
Отговорът е да.
Това явление е известно като обратно разпръскване (или повторно-разпръскване) в PVD.
След като преднапрежението надхвърли критичния праг, йонната енергия става достатъчно висока, за да измести вече отложените филмови атоми и да ги изхвърли обратно в газовата фаза. Скоростта на отлагане намалява съответно. В тежки случаи се получава отрицателно отлагане - филмът изтънява с времето.
Какво е обратно разпръскване?
По време на PVD отлагането два процеса се извършват едновременно върху повърхността на детайла:
Растеж на филм: Атомите, разпръснати от мишената, се придвижват към субстрата и изграждат покритието.
Офорт на филма: Йони, ускорени чрез отклонение, бомбардират детайла и отстраняват вече отложените атоми.
Следователно процентът на нетните депозити следва тази връзка:
Нетна скорост на отлагане=Скорост на отлагане − Скорост на повторно-разпръскване
При нормални работни условия скоростта на отлагане надвишава скоростта на повторно-разпръскване, така че дебелината на филма се увеличава. С нарастването на преднапрежението повторното-разпръскване се засилва. В крайна сметка скоростта на отстранените атоми може да надмине скоростта на отлагане.
Нека първо представим фундаменталната концепция: добив на разпръскване.
Добивът на разпръскване се отнася до средния брой атоми, изхвърлени, когато един високо{0}}енергиен йон удари материал. Например, когато 500 eV аргонови йони бомбардират хром (Cr), добивът на разпръскване варира приблизително от 0,6 до 0,8 Cr атома на йон. Обикновено по-високата йонна енергия генерира по-висок добив на разпръскване. Следователно, по-високото преднапрежение ускорява скоростта на отстраняване на материала от повърхността на детайла.
Критичното напрежение на отклонение е различно за различните материали:
Чисти метали (Cr, Ti и др.)
50–100 V: Нормално отлагане
200–300 V: започва забележимо повторно разпръскване
300–500 V: Скоростта на отлагане се доближава до нула
Над 500 V: Може да възникне мрежово ецване
Чистите метали са най-податливи на повторно-разпръскване.
Нитриди (TiN, CrN и др.)
Нитридите имат по-силна химическа връзка, което прави атомите по-трудни за изместване. По този начин тяхното критично напрежение за значително повторно-разпръскване е по-високо.
Под 200 V: Стабилно нормално отлагане
300–500 V: Очевидно намаляване на скоростта на отлагане
500–800 V: Доближаване до критичния праг за нетно отстраняване на материал
DLC (Diamond-Like Carbon)
DLC е специален случай. Много процеси на ta-C (тетраедричен аморфен въглерод) използват импулсно отклонение при -800 V до -1500 V. Въпреки това, благодарение на импулсния режим и умерената средна йонна енергия, все още може да се поддържа стабилно отлагане. Силно обратно разпръскване се появява само при още по-високи йонни енергии.
Защо умереното повторно -разпръскване е полезно
Много новодошли погрешно смятат повторното -пръскане за неблагоприятен ефект, което е неправилно.
При PVD отклонението на субстрата отчасти разчита на леко повторно -разпръскване за подобряване на качеството на покритието. Слабо свързаните атоми, слабо залепналите частици и нестабилните микроструктури се разпръскват за предпочитане. Остават само плътно свързани, стабилни структури. Механизмът наподобява пресяване на пясък: свободните зърна се отстраняват, оставяйки компактна рамка.
Съответно, контролираното леко повторно -разпръскване е ключов фактор за уплътняване на филма.
Проблеми, произтичащи от прекомерно повторно-разпръскване
Проблеми възникват, когато повторното -пръскане стане твърде интензивно:
Намалена скорост на отлагане
Това е най-прякото наблюдение. Дори при непроменена целева мощност, дебелината на филма се натрупва много по-бавно, тъй като новоотложеният материал непрекъснато се гравира.
Промяна в състава на сплавта
Вземете TiAlN като пример: алуминият се разпръсква по-лесно от титана. Съдържанието на алуминий в покритието постепенно намалява, което води до крайния състав, който се отклонява от проектната цел.
Нарушена кристална структура
Прекалено високото отклонение подлага образуваната кристална решетка на продължително йонно бомбардиране. Последствията включват драстично повишено вътрешно напрежение, увеличени дефекти, повредени зърнести структури, крехки покрития и дори напукване на филма.
Практически метод за определяне на оптималното напрежение на отклонение в производството
Изместването на преднапрежението е стандартният подход.
Поддържайте целевата мощност, температурата на субстрата, работното налягане и газовия поток постоянни; регулирайте само преднапрежението. Характеризирайте скоростта на отлагане, твърдостта, остатъчното напрежение и състава на покритието за всяко условие.
В повечето резултати от тестове твърдостта на покритието се повишава непрекъснато в началото. След достигане на определена точка скоростта на отлагане рязко спада. Тази повратна точка бележи мястото, където започва тежкото обратно разпръскване.
Оптималното преднапрежение обикновено се задава малко под този праг. Осигурява висока плътност на покритието, като същевременно избягва прекомерното повторно -разпръскване.
Често срещано погрешно схващане
Много техници приемат, че по-високото преднапрежение се равнява на по-напреднал процес. Това е недоразумение.
Наклонът на основата може да се аналогизира с пътен валяк: недостатъчното налягане не успява да уплътни настилката; умерено налягане дава гладка, твърда повърхност; прекомерният натиск разкъсва пътната настилка.
Резюме
Обратното разпръскване е присъщо физическо явление. Твърде високото отклонение позволява на високо{1}}енергийните йони да -рецират повторно вече отложените покрития.
Умереното повторно -разпръскване улеснява уплътняването на филма. Обаче прекомерното повторно -разпръскване причинява по-бавно отлагане, композиционно отклонение, повишено напрежение и структурна деградация.
Преднапрежението не е по-добро при по-високи стойности. Един зрял процес постига баланса: достатъчно йонно бомбардиране за уплътняване на филма, без да ерозира отложеното покритие.
