Atvirkštiniai purškimo parametrai: esant kokiai poslinkio įtampai, nusodinta plėvelė vėl{0}}išpurškiama?
Ar jau nusodinta plėvelė bus numušta, kai įtampa yra aukšta?
Atsakymas yra taip.
Šis reiškinys PVD vadinamas atvirkštiniu dulkinimu (arba pakartotiniu{0}}purškimu).
Kai poslinkio įtampa viršija kritinę ribą, jonų energija tampa pakankamai didelė, kad išstumtų jau nusodintus plėvelės atomus ir išstumtų juos atgal į dujų fazę. Atitinkamai sumažėja nusėdimo greitis. Sunkiais atvejais atsiranda neigiamų nusėdimų -, laikui bėgant plėvelė plonėja.
Kas yra atvirkštinis purškimas?
PVD nusodinimo metu ant ruošinio paviršiaus vienu metu vyksta du procesai:
Plėvelės augimas: atomai, purškiami nuo taikinio, juda pagrindo link ir sudaro dangą.
Plėvelės ėsdinimas: poslinkio pagreitinti jonai bombarduoja ruošinį ir numuša jau nusėdusius atomus.
Todėl grynoji nusėdimo norma atitinka šį ryšį:
Grynasis nusėdimo greitis=nusėdimo greitis − pakartotinio-purškimo greitis
Įprastomis eksploatavimo sąlygomis nusėdimo greitis viršija pakartotinio{0}}purškimo greitį, todėl plėvelės storis didėja. Didėjant šališkumo įtampai, pakartotinis purškimas suintensyvėja. Galiausiai pašalinamų atomų greitis gali viršyti nusėdimo greitį.
Pirmiausia pristatykime pagrindinę sąvoką: purškimo išeiga.
Purškimo efektyvumas reiškia vidutinį atomų, išmetamų, kai vienas didelės{0}}energijos jonas atsitrenkia į medžiagą, skaičių. Pavyzdžiui, kai 500 eV argono jonai bombarduoja chromą (Cr), purškimo išeiga svyruoja nuo 0,6 iki 0,8 Cr atomo vienam jonui. Paprastai didesnė jonų energija sukuria didesnį purškimo išeigą. Vadinasi, didesnė poslinkio įtampa pagreitina medžiagos pašalinimą iš ruošinio paviršiaus.
Įvairių medžiagų kritinė poslinkio įtampa skiriasi:
Grynieji metalai (Cr, Ti ir kt.)
50–100 V: normalus nusėdimas
200–300 V: prasideda pastebimas pakartotinis purškimas
300–500 V: Nusėdimo greitis artėja prie nulio
Virš 500 V: gali atsirasti tinklelio ėsdinimas
Grynieji metalai yra jautriausi pakartotiniam-purškimui.
Nitridai (TiN, CrN ir kt.)
Nitridai pasižymi stipresniu cheminiu ryšiu, todėl atomus sunkiau išjudinti. Taigi jų kritinė poslinkio įtampa dideliam pakartotiniam-purškimui yra didesnė.
Žemiau 200 V: stabilus normalus nusėdimas
300–500 V: akivaizdus nusėdimo greičio sumažėjimas
500–800 V: artėja prie kritinės grynojo medžiagos pašalinimo slenksčio
DLC (Diamond{0}}like Carbon)
DLC yra ypatingas atvejis. Daugelyje ta-C (tetraedrinės amorfinės anglies) procesų naudojamas impulsinis poslinkis nuo -800 V iki -1500 V. Tačiau dėl impulsinio režimo ir vidutinės vidutinės jonų energijos vis tiek galima išlaikyti stabilų nusodinimą. Stiprus atvirkštinis purškimas atsiranda tik esant dar didesnei jonų energijai.
Kodėl vidutinis{0}}purškimas yra naudingas
Daugelis naujokų klaidingai{0}}aptaškymą laiko neigiamu poveikiu, o tai neteisinga.
Naudojant PVD, substrato poslinkis iš dalies priklauso nuo lengvo pakartotinio{0}}purškimo, siekiant pagerinti dangos kokybę. Laisvai surišti atomai, silpnai prilipusios dalelės ir nestabilios mikrostruktūros pirmiausia išpurškiamos. Liko tik tankiai surištos, stabilios konstrukcijos. Mechanizmas primena sijojantį smėlį: pašalinami birūs grūdeliai, paliekant kompaktišką karkasą.
Atitinkamai kontroliuojamas švelnus purškimas{0}} yra pagrindinis plėvelės tankinimo veiksnys.
Problemos, kylančios dėl per didelio{0}}purškimo
Kai purškimas tampa per intensyvus, iškyla problemų:{0}}
Sumažintas nusėdimo greitis
Tai yra tiesiausias pastebėjimas. Net ir nesikeičiant tikslinei galiai, plėvelės storis formuojasi daug lėčiau, nes naujai nusodinta medžiaga nuolat išgraviruojama.
Lydinio sudėties poslinkis
Paimkite TiAlN kaip pavyzdį: aliuminį lengviau-purkšti nei titaną. Aliuminio kiekis dangoje palaipsniui mažėja, todėl galutinė sudėtis nukrypsta nuo projektinio tikslo.
Sutrikusi kristalų struktūra
Dėl pernelyg didelio poslinkio susidariusi kristalinė gardelė nuolat bombarduojama jonais. Pasekmės yra drastiškai padidėjęs vidinis įtempis, padidėję defektai, pažeistos grūdelių struktūros, trapios dangos ir net plėvelės įtrūkimai.
Praktinis metodas optimaliai poslinkio įtampai gamyboje nustatyti
Įtampos šalinimas yra standartinis metodas.
Palaikykite pastovią tikslinę galią, pagrindo temperatūrą, darbinį slėgį ir dujų srautą; reguliuokite tik poslinkio įtampą. Apibūdinkite nusodinimo greitį, kietumą, liekamąjį įtempį ir dangos sudėtį kiekvienai sąlygai.
Daugumoje bandymų rezultatų iš pradžių dangos kietumas nuolat didėja. Pasiekus tam tikrą tašką, nusėdimo greitis smarkiai sumažėja. Šis posūkio taškas rodo, kur prasideda stiprus atvirkštinis purškimas.
Optimali poslinkio įtampa paprastai nustatoma šiek tiek žemiau šios slenksčio. Jis užtikrina didelį dangos tankį ir išvengia per didelio pakartotinio purškimo.
Dažna klaidinga nuomonė
Daugelis technikų mano, kad didesnė poslinkio įtampa prilygsta pažangesniam procesui. Tai nesusipratimas.
Pagrindo įstrižą galima prilyginti kelio volui: nepakankamas slėgis nesutankina dangos; vidutinio slėgio, gaunamas lygus, tvirtas paviršius; per didelis slėgis subraižo kelio dangą.
Santrauka
Atvirkštinis purškimas yra būdingas fizinis reiškinys. Per didelis poslinkis leidžia didelės-energijos jonams iš naujo-įgražinti jau nusodintas dangas.
Vidutinis pakartotinis{0}}purškimas palengvina plėvelės tankinimą. Tačiau per didelis pakartotinis purškimas sukelia lėtesnį nusėdimą, kompozicijos dreifą, padidėjusį įtempimą ir struktūros degradaciją.
Poslinkio įtampa nėra geresnė esant didesnėms vertėms. Brandus procesas pasiekia pusiausvyrą: pakankamas jonų bombardavimas, kad plėvelė sutankėtų, nepažeidžiant nusodintos dangos.
