Reversie izsmidzināšanas parametri: pie kāda nospriegojuma sprieguma nogulsnētā plēve tiek atkārtoti izsmidzināta?
Vai jau nogulsnētā plēve tiks nojaukta, ja nobīdes spriegums ir augsts?
Atbilde ir jā.
Šī parādība ir pazīstama kā apgrieztā izsmidzināšana (vai atkārtota{0}}izputināšana) PVD.
Kad nobīdes spriegums pārsniedz kritisko slieksni, jonu enerģija kļūst pietiekami augsta, lai izspiestu jau nogulsnētos plēves atomus un izstumtu tos atpakaļ gāzes fāzē. Attiecīgi samazinās nogulsnēšanās ātrums. Smagos gadījumos notiek negatīva nogulsnēšanās - plēve laika gaitā kļūst plānāka.
Kas ir apgrieztā izsmidzināšana?
PVD uzklāšanas laikā uz sagataves virsmas vienlaikus notiek divi procesi:
Plēves augšana: no mērķa izsmidzinātie atomi virzās uz substrātu un veido pārklājumu.
Plēves kodināšana: joni, kas paātrināti ar slīpumu, bombardē apstrādājamo priekšmetu un notriec jau nogulsnētos atomus.
Tāpēc neto nogulsnēšanās ātrums atbilst šai attiecībai:
Neto nogulsnēšanās ātrums=nogulsnēšanās ātrums − atkārtotas-izputināšanas ātrums
Normālos darbības apstākļos nogulsnēšanās ātrums pārsniedz atkārtotas{0}}izputināšanas ātrumu, tāpēc plēves biezums palielinās. Palielinoties novirzes spriegumam, pastiprinās-izputināšana. Galu galā atomu noņemšanas ātrums var pārsniegt nogulsnēšanās ātrumu.
Vispirms iepazīstināsim ar pamatjēdzienu: izsmidzināšanas raža.
Izsmidzināšanas jauda attiecas uz vidējo atomu skaitu, kas tiek izmesti, kad viens augstas{0}}enerģijas jons ietriecas materiālā. Piemēram, kad 500 eV argona joni bombardē hromu (Cr), izsmidzināšanas iznākums ir aptuveni no 0,6 līdz 0,8 Cr atomiem uz jonu. Parasti lielāka jonu enerģija rada lielāku izsmidzināšanas ražu. Līdz ar to augstāks nobīdes spriegums paātrina materiāla noņemšanas ātrumu no sagataves virsmas.
Kritiskais nobīdes spriegums dažādiem materiāliem atšķiras:
Tīri metāli (Cr, Ti utt.)
50–100 V: normāla nogulsnēšanās
200–300 V: sākas ievērojama atkārtota izšļakstīšanās
300–500 V: nogulsnēšanās ātrums tuvojas nullei
Virs 500 V: var rasties tīkla kodināšana
Tīri metāli ir visvairāk pakļauti atkārtotai{0}}izšļakstīšanai.
Nitrīdi (TiN, CrN utt.)
Nitrīdiem ir spēcīgāka ķīmiskā saite, kas padara atomus grūtāk izkustināmus. Tādējādi to kritiskais nobīdes spriegums būtiskai atkārtotai-izputināšanai ir augstāks.
Zem 200 V: stabila normāla nogulsnēšanās
300–500 V: acīmredzams nogulsnēšanās ātruma samazinājums
500–800 V: tuvojas kritiskajam slieksnim neto materiāla noņemšanai
DLC (Diamond{0}}Like Carbon)
DLC ir īpašs gadījums. Daudzos ta-C (tetraedriska amorfā oglekļa) procesos tiek izmantota impulsa novirze no -800 V līdz -1500 V. Tomēr, pateicoties impulsa režīmam un mērenai vidējai jonu enerģijai, stabilu nogulsnēšanos joprojām var saglabāt. Spēcīga apgrieztā izsmidzināšana parādās tikai pie vēl lielākas jonu enerģijas.
Kāpēc mērena izsmidzināšana{0}}ir noderīga?
Daudzi jaunpienācēji kļūdaini uzskata atkārtotu{0}}izsmidzināšanu par nelabvēlīgu ietekmi, kas nav pareizi.
Izmantojot PVD, substrāta novirze daļēji ir atkarīga no vieglas atkārtotas izsmidzināšanas{0}}, lai uzlabotu pārklājuma kvalitāti. Vāji saistītie atomi, vāji pielipušas daļiņas un nestabilas mikrostruktūras vislabāk tiek izsmidzinātas. Paliek tikai blīvi savienotas, stabilas struktūras. Mehānisms atgādina sijāšanas smiltis: tiek noņemti irdeni graudi, atstājot kompaktu karkasu.
Attiecīgi kontrolēta viegla izsmidzināšana{0}}ir galvenais plēves blīvēšanas faktors.
Problēmas, kas rodas pārmērīgas{0}}izputināšanas dēļ
Problēmas rodas, ja atkārtota{0}}izsmidzināšana kļūst pārāk intensīva:
Samazināts nogulsnēšanās ātrums
Tas ir vistiešākais novērojums. Pat ar nemainīgu mērķa jaudu, plēves biezums veidojas daudz lēnāk, jo tikko uzklātais materiāls tiek nepārtraukti iegravēts.
Sakausējuma sastāva maiņa
Ņemiet par piemēru TiAlN: alumīniju ir vieglāk izsmidzināt- nekā titānu. Alumīnija saturs pārklājumā pakāpeniski samazinās, kā rezultātā gala sastāvs atšķiras no projektētā mērķa.
Izjaukta kristāla struktūra
Pārāk liela novirze pakļauj izveidoto kristāla režģi ilgstošai jonu bombardēšanai. Sekas ietver krasi paaugstinātu iekšējo spriegumu, palielinātus defektus, bojātas graudu struktūras, trauslus pārklājumus un pat plēves plaisāšanu.
Praktiska metode optimālā nobīdes sprieguma noteikšanai ražošanā
Nobīdes sprieguma slaucīšana ir standarta pieeja.
Uzturēt nemainīgu mērķa jaudu, substrāta temperatūru, darba spiedienu un gāzes plūsmu; regulējiet tikai nobīdes spriegumu. Katram stāvoklim raksturojiet nogulsnēšanās ātrumu, cietību, atlikušo spriegumu un pārklājuma sastāvu.
Lielākajā daļā testa rezultātu pārklājuma cietība sākumā nepārtraukti palielinās. Pēc noteikta punkta sasniegšanas nogulsnēšanās ātrums strauji samazinās. Šis pagrieziena punkts iezīmē vietu, kur sākas spēcīga pretēja izsmidzināšana.
Optimālais nobīdes spriegums parasti tiek iestatīts nedaudz zem šī sliekšņa. Tas nodrošina augstu pārklājuma blīvumu, vienlaikus izvairoties no pārmērīgas-izsmidzināšanas.
Izplatīts nepareizs priekšstats
Daudzi tehniķi pieņem, ka augstāks nobīdes spriegums ir līdzvērtīgs progresīvākam procesam. Tas ir pārpratums.
Pamatnes slīpumu var pielīdzināt ceļa veltnim: nepietiekams spiediens nespēj noblietēt segumu; mērens spiediens rada gludu, cietu virsmu; pārmērīgs spiediens noskrāpē ceļa virsmu.
Kopsavilkums
Apgrieztā izsmidzināšana ir raksturīga fiziska parādība. Pārāk liela nobīde ļauj augstas-enerģijas joniem atkārtoti-iegravēt jau uzklātos pārklājumus.
Mērena atkārtota{0}}izsmidzināšana atvieglo plēves blīvēšanu. Tomēr pārmērīga izsmidzināšana izraisa lēnāku nogulsnēšanos, sastāva novirzi, palielinātu stresu un struktūras degradāciju.
Augstākām vērtībām nobīdes spriegums nav pārāks. Nobriedis process rada līdzsvaru: pietiekama jonu bombardēšana, lai padarītu plēvi blīvāku, nesabojājot nogulsnēto pārklājumu.
