با چه ولتاژی بایاس فیلم رسوب‌شده دوباره- پاشیده می‌شود؟

پارامترهای کندوپاش معکوس: در چه ولتاژ بایاس فیلم رسوب‌شده دوباره- پاشیده می‌شود؟

آیا زمانی که ولتاژ بایاس بالا باشد فیلمی که از قبل رسوب کرده است از بین می رود؟

پاسخ مثبت است.

این پدیده به عنوان کندوپاش معکوس (یا کندوپاش مجدد) در PVD شناخته می شود.

هنگامی که ولتاژ بایاس از یک آستانه بحرانی فراتر رفت، انرژی یون به اندازه کافی بالا می‌رود تا اتم‌های فیلمی که قبلاً رسوب کرده‌اند را از جای خود خارج کرده و آنها را به فاز گاز بازگرداند. نرخ رسوب بر این اساس کاهش می یابد. در موارد شدید، رسوب منفی رخ می دهد - فیلم با گذشت زمان نازک تر می شود.

کندوپاش معکوس چیست؟

در طول رسوب PVD، دو فرآیند به طور همزمان روی سطح قطعه کار انجام می شود:

رشد فیلم: اتم های پراکنده شده از هدف به سمت بستر حرکت کرده و پوشش را ایجاد می کنند.

حکاکی فیلم: یون‌هایی که توسط بایاس تسریع می‌شوند، قطعه کار را بمباران می‌کنند و اتم‌های رسوب‌شده را از بین می‌برند.

بنابراین، نرخ خالص سپرده گذاری از این رابطه پیروی می کند:

نرخ رسوب خالص=نرخ رسوب − نرخ ریزش مجدد-

در شرایط عملیاتی معمولی، نرخ رسوب از نرخ کندوپاش مجدد بیشتر می‌شود، بنابراین ضخامت لایه افزایش می‌یابد. با افزایش ولتاژ بایاس، کندوپاش مجدد تشدید می شود. در نهایت، سرعت اتم هایی که حذف می شوند می تواند از نرخ رسوب گذاری فراتر رود.

اجازه دهید ابتدا مفهوم اساسی را معرفی کنیم: عملکرد کندوپاش.

بازده کندوپاشی به میانگین تعداد اتم‌هایی که هنگام برخورد یک یون با انرژی{0}بالا به ماده پرتاب می‌شوند اشاره دارد. به عنوان مثال، زمانی که یون های آرگون 500 eV کروم (Cr) را بمباران می کنند، بازده کندوپاش تقریباً از 0.6 تا 0.8 اتم کروم در هر یون متغیر است. به طور کلی، انرژی یونی بالاتر، بازده کندوپاش بالاتری را ایجاد می کند. در نتیجه، ولتاژ بایاس بالاتر، سرعت حذف مواد از سطح قطعه کار را تسریع می‌کند.

ولتاژ بایاس بحرانی برای مواد مختلف متفاوت است:

فلزات خالص (کروم، تیتانیم و غیره)

50-100 V: رسوب طبیعی

200-300 V: کندوپاش مجدد قابل توجه شروع می شود

300-500 V: نرخ رسوب به صفر نزدیک می شود

بالای 500 ولت: ممکن است حکاکی شبکه رخ دهد

فلزات خالص بیشتر مستعد ریزش مجدد-ند.

نیتریدها (Tin، CrN و غیره)

نیتریدها دارای پیوندهای شیمیایی قوی تری هستند که جدا کردن اتم ها را سخت تر می کند. بنابراین، ولتاژ بایاس بحرانی آنها برای کندوپاش مجدد قابل توجه بالاتر است.

زیر 200 ولت: رسوب نرمال پایدار

300-500 V: کاهش آشکار در نرخ رسوب

500-800 V: نزدیک شدن به آستانه بحرانی برای حذف خالص مواد

DLC (الماس-مثل کربن)

DLC یک مورد خاص است. بسیاری از فرآیندهای ta{1}C (کربن آمورف چهار وجهی) از بایاس پالسی در 800- ولت تا 1500- ولت استفاده می کنند. با این حال، به لطف حالت پالسی و متوسط ​​انرژی یونی، رسوب پایدار همچنان می تواند حفظ شود. کندوپاش معکوس شدید فقط در انرژی‌های یونی بالاتر ظاهر می‌شود.

چرا کندوپاش کردن متوسط-مفید است

بسیاری از تازه واردان به اشتباه کوبیدن مجدد{0}}را یک اثر نامطلوب در نظر می گیرند که نادرست است.

در PVD، سوگیری بستر تا حدی به کندوپاش مجدد خفیف برای بهبود کیفیت پوشش متکی است. اتم‌های با پیوند ضعیف، ذرات ضعیف چسبیده و ریزساختارهای ناپایدار ترجیحاً دور ریخته می‌شوند. فقط ساختارهای با پیوند متراکم و پایدار باقی مانده است. مکانیسم شبیه شن و ماسه است: دانه های شل حذف می شوند و یک چارچوب فشرده باقی می مانند.

بر این اساس، کندوپاش مجدد خفیف کنترل شده یک عامل کلیدی برای متراکم شدن فیلم است.

مشکلات ناشی از کوبیدن مجدد بیش از حد-

هنگامی که ریزش مجدد بیش از حد شدید شود، مشکلات رخ می دهد:

کاهش نرخ رسوب

این مستقیم ترین مشاهده است. حتی با قدرت هدف بدون تغییر، ضخامت لایه بسیار کندتر ایجاد می شود، زیرا مواد تازه رسوب داده شده به طور مداوم از بین می روند.

تغییر در ترکیب آلیاژ

TiAlN را به عنوان مثال در نظر بگیرید: آلومینیوم در مقایسه با تیتانیوم آسان‌تر است. محتوای آلومینیوم در پوشش به تدریج کاهش می یابد و منجر به انحراف ترکیب نهایی از هدف طراحی می شود.

ساختار کریستالی مختل شده است

سوگیری بیش از حد زیاد شبکه کریستالی تشکیل شده را در معرض بمباران یونی مداوم قرار می دهد. پیامدهای آن عبارتند از افزایش شدید تنش ذاتی، افزایش عیوب، ساختارهای دانه آسیب دیده، پوشش های شکننده و حتی ترک خوردگی فیلم.

روش عملی برای تعیین ولتاژ بایاس بهینه در تولید

جاروب ولتاژ بایاس رویکرد استاندارد است.

توان هدف، دمای بستر، فشار کاری و جریان گاز را ثابت نگه دارید. فقط ولتاژ بایاس را تنظیم کنید نرخ رسوب، سختی، تنش پسماند و ترکیب پوشش را برای هر شرایط مشخص کنید.

در اکثر نتایج آزمایش، ابتدا سختی پوشش به طور مداوم افزایش می یابد. پس از رسیدن به یک نقطه خاص، نرخ رسوب به شدت کاهش می یابد. این نقطه عطف نقطه شروع کندوپاش معکوس شدید است.

ولتاژ بایاس بهینه معمولاً کمی زیر این آستانه تنظیم می شود. تراکم پوشش بالایی را ارائه می کند و در عین حال از کندوپاش مجدد بیش از حد جلوگیری می کند.

یک تصور غلط رایج

بسیاری از تکنسین ها تصور می کنند که ولتاژ بایاس بالاتر برابر با یک فرآیند پیشرفته تر است. این یک سوء تفاهم است.

بایاس بستر را می توان به غلتک جاده تشبیه کرد: فشار ناکافی در فشرده سازی روسازی ناکام است. فشار متوسط ​​سطحی صاف و جامد ایجاد می کند. فشار بیش از حد سطح جاده را از هم جدا می کند.

خلاصه

کندوپاش معکوس یک پدیده فیزیکی ذاتی است. بایاس بیش از حد بالا، یون‌های پرانرژی-را قادر می‌سازد تا پوشش‌های رسوب‌شده را دوباره-حک کنند.

کندوپاش مجدد متوسط{0}}تراکم فیلم را تسهیل می کند. با این حال، کندوپاش مجدد بیش از حد باعث رسوب کندتر، رانش ترکیبی، افزایش تنش و تخریب ساختاری می شود.

ولتاژ بایاس در مقادیر بالاتر برتری ندارد. یک فرآیند بالغ تعادل را ایجاد می کند: بمباران یونی کافی برای متراکم شدن لایه، بدون فرسایش پوشش رسوب شده.