- •Лекція 1 передмова
- •1 Вакуумно-конденсаційне напилення покриттів
- •1.1 Характеристика та класифікація методів вакуумно-конденсаційного напилення покриттів
- •1.2 Випаровування матеріалів при вакуумно-конденсаційному напиленні покриттів
- •Лекція 2
- •1.3 Способи та технологічні особливості вакуумного конденсаційного напилення термічним випаровуванням
- •1.3.1 Суть та основні параметри вкнп термічним випаровуванням
- •2 2 2 2 2 1 1 1 А б Тиглі Потоки пари
- •1.3.2 Ризестивне нагрівання при напиленні покриттів
- •1.3.3 Високочастотне індукційне нагрівання при напиленні покриття термічним випаровуванням
- •1.3.4 Дугове нагрівання при напиленні покриття термічним випаровуванням
- •1.3.5 Електронно-променеве нагрівання при вакуумно-конденсаційному напиленні покриття
- •Лекція 3
- •1.4 Розпилення матеріалів при вакуумно- конденсаційному напиленні покриттів
- •1.5 Способи та технологічні особливості вакуумно-конденсаційного напилення покриття вибуховим розпиленням матеріалу
- •1.5.1 Суть способу вибухового розпилення матеріалу
- •1.5.2 Параметри режиму напилення та їх вплив на ефективність процесу
- •1.5.3 Технічні можливості та області використання методу
- •1.6.2 Параметри вакуумно-конденсаційиого нанесення покриття іонним розпиленням
- •1.6.3 Технічні можливості, переваги та недоліки напилення покриття іонним розпиленням
- •1.7 Вакуумно-конденсаційне реакційне напилення покриття
1.6.3 Технічні можливості, переваги та недоліки напилення покриття іонним розпиленням
При використанні оптимальних параметрів режиму напилення можна створити потоки частинок з наступними показниками.
Густина потоку напилюваних частинок знаходиться у широких межах. Найбільша густина (1020 - 1022) г/см2с досягається при магнетронній схемі і близька до густини при електронно-променевому випаровуванні та дуговому вибуховому розпиленні матеріалу катоду. Для діодної схеми розпилення густина потоку менша – (1014 - 1016) г/см2с.
Від способу напилення також залежить ступінь іонізації. Діодна та тріодна схеми забезпечують ступінь іонізації, яка наближається до 1 %. Магнетронна схема дозволяє збільшити ступінь іонізації розпилених атомів до 20 % і більше.
Енергія розпилених атомів на багато вища енергії атомів, які випаровуються. Так середня енергія (Е) атомів міді, які випаровуються при температурі 1500 К зі швидкістю 51017 ат/см2с становить 0,26 еВ. Середня енергія атомів розпилених іонами криптону з енергією 900 еВ становить 9,25 еВ.
Середня енергія розпилених атомів залежить від енергії бомбардуючих іонів Еі, властивостей розпилюваного матеріалу, кута вильоту і може досягати значення 200 еВ і більше.
Зростанню середньої енергії (Е) сприяє збільшення енергії бомбардуючих іонів (Еі), зменшення маси іонів mі, зменшення кута падіння іонів, а отже, збільшення глибини проникнення у розпилюваний матеріал.
До переваг методу можна віднести:
- отримання покриття з багатьох матеріалів практично без зміни їх складу при розпиленні;
- високий коефіцієнт використання матеріалу, який наближається до одиниці;
- висока продуктивність процесу при магнетронній схемі розпилення (1 мкм/хв і вище);
- високий енергетичний рівень розпилених атомів.
До недоліків методу відноситься:
- низький ККД процесу ( 1 %), тому, що більша частина енергії витрачається на нагрівання розпилюваного матеріалу;
недостатня ступінь іонізації потоку розпилених частинок, особливо при діодній та тріодній схемах розпилення.
Великі можливості є в удосконаленні магнетронної схеми розпилення. Перспективним є спосіб розпилення пучком прискорених іонів, які отримують в окремих камерах.
1.7 Вакуумно-конденсаційне реакційне напилення покриття
Вакуумно-конденсаційне реакційне напилення покриття використовується у випадках, коли сполука, яка напилюється, розкладається при дії термічного поля. Суть реакційного напилення в тому, що частинки з'єднання утворюються внаслідок зіткнення атомів металу і атомів реактивного газу. В результаті зіткнення утворюються сполуки. В якості реакційних газів використовують кисень, азот, метан та інші гази. При цьому утворюються оксиди, нітриді, карбіди, тощо. Найбільш поширеним є спосіб нанесення нітридного покриття, зокрема нітриду титану TiN.
Для практичних цілей важливо визначитись з тиском у камері.
При вакуумі 10-2 Па довжина вільного перебігу молекул азоту становить 50 см, а дистанція напилення L (25 - 30) см. Тому синтез сполук в основному відбувається на поверхні напилення.
При вакуумі 10-1 Па довжина вільного пробігу становить 5 см, тому тут з'єднання утворюється в об'ємі вакуумної камери.
Реакцію між атомами металу і газу стимулюють їх активацією або краще іонізацією.
Більш високий тиск газів у камері при реакційному конденсаційному напиленні порівняно з прямим випаровуванням або розпиленням матеріалу збільшує вірогідність зіткнення та дифузійного розсіювання атомів і іонів, що конденсуються. В результаті цього покриття утворюється і на “затемнених” ділянках виробу, наприклад на зворотній стороні виробу. Цей ефект є тим сильніше, чим вище тиск у камері. Для аргону розсіювання є при тиску більше 6,610-2 Па. Ця особливість реакційного напилення дозволяє отримати рівномірне покриття на відносно складних поверхнях без переміщення невеликих по габаритах виробах. Реакційне напилення можна проводити практично всіма способами вакуумно-конденсаційного напилення.