Устройство для нанесения покрытий методом напыления и методы
Что такое напыление
Устройство для нанесения покрытий методом напыления может представлять собой компактную или настольную систему нанесения покрытия, которая идеально подходит для высококачественного покрытия непроводящих образцов для получения изображений с помощью сканирующего электронного микроскопа. Сохранение образца сухим и чистым является основным требованием перед нанесением покрытия распылением или испарением. При необходимости образец и катод меняются местами, а поверхность очищается тлеющим разрядом. После этого образец восстанавливают, а затем напыляют. Железо, никель, медь и другие мишени для распыления обычно используются в качестве катодных материалов для этого прибора, а иногда в качестве «катодных материалов» также могут использоваться электродное золото, платина, палладий, индий и другие металлы или углеродный канат.
Что такое напыление и как определить напыление
Напыление является одним из методов подготовки тонких пленок PVD, которые делятся на четыре основные категории: напыление постоянным током, напыление ВЧ, магнетронное напыление и реактивное напыление.
Что означает распыление
Распыление — это процесс бомбардировки материала мишени заряженными частицами -> когда ускоренные ионы бомбардируют твердую поверхность -> столкновения атомов с поверхностью -> происходит передача энергии и импульса -> в результате чего атомы материала мишени покидают поверхность и оседают на ней. материал подложки.
Распыление также представляет собой явление, при котором атомы или молекулы покидают поверхность материалов-мишеней, бомбардируя их заряженными энергетическими частицами.
Поскольку процесс распыления включает преобразование импульса, распыляемые частицы являются направленными.
Что такое напыление
Покрытие напылением появилось в самом начале как простое напыление диода постоянного тока. Преимущество заключается в том, что это простое устройство, но скорость осаждения дипольного напыления постоянным током относительно низкая. Это не может быть выполнено в условиях низкого давления воздуха (<0,1 Па) для поддержания самоподдерживающегося разряда. Недостатки, такие как невозможность напыления изоляционных материалов, ограничивают его применение. Если к устройству для дипольного распыления постоянного тока добавляются горячий катод и вспомогательный анод, это представляет собой тройное распыление постоянным током. Горячие электроны, генерируемые дополнительным горячим катодом и вспомогательным анодом, усиливают ионизацию атомов распыляющего газа, что делает возможным распыление даже при низком давлении воздуха.
Кроме того, напряжение распыления может быть снижено, что означает, что распыление выполняется при низком давлении воздуха и низком напряжении. При этом ток разряда напыляемого покрытия увеличивается и может регулироваться независимо от напряжения. Добавление электрода (сетчатого) перед горячим катодом представляет собой квадрупольное распыляющее устройство, которое может стабилизировать разряд. Однако эти устройства имеют трудности с получением зон плазмы с высокой концентрацией и низкой скоростью осаждения, поэтому эти технологии не нашли широкого применения в промышленности.
Что означает Распыленный
Напыление можно использовать для получения металлических, сплавных или диэлектрических материалов или пленок на поверхности другого материала подложки. Он подходит для производства тонкопленочных интегральных схем, микросхем, полупроводниковых устройств и т.д.
Что делает процесс распыления
Процесс распыления означает, что частицы (ионы или нейтральные атомы или молекулы) с определенной энергией бомбардируют поверхность твердого тела, так что атомы или молекулы вблизи поверхности твердого тела приобретают достаточно большую энергию, чтобы в конечном итоге покинуть поверхность твердого тела.
Напыление может выполняться только при определенном вакуумном давлении, поэтому процесс напыления также известен как процесс вакуумного напыления покрытия.
Принципы магнетронного распыления
Магнетронное распыление - это метод создания магнитного поля, ортогонального электрическому полю на поверхности мишени, для решения проблем низкой скорости осаждения дипольного распыления и низкой скорости диссоциации плазмы. Таким образом, он стал одним из основных методов в лакокрасочной промышленности.
Покрытие магнетронным напылением представляет собой новый тип физического метода покрытия из паровой фазы. Он использует систему электронной пушки для испускания и фокусировки электронов на покрываемом материале, чтобы атомы распылялись, следуя принципу преобразования импульса, и улетали от материала с высокой кинетической энергией, чтобы нанести пленку на подложку. Этот материал с покрытием называется мишенью для распыления. К мишеням для распыления относятся металлы, сплавы, керамические соединения и т. д.
Магнетронное напыление имеет следующие характеристики по сравнению с другими технологиями нанесения покрытий.
1. Широкий спектр материалов, из которых можно изготовить мишени, включая сплавы и керамические материалы, почти все типы металлов и соединений.
2. Совместное напыление нескольких мишеней в соответствующих условиях, позволяющее наносить точно пропорциональные и однородные сплавы.
3. Добавление кислорода, азота или других реакционноспособных газов в атмосферу распылительного разряда позволяет наносить пленки соединений, образующих целевой материал с молекулами газа.
4. Точно контролируя процесс нанесения покрытия распылением, можно легко получить равномерную и высокоточную толщину пленки.
5. Материал мишени может быть напрямую преобразован из твердого состояния в плазменное с помощью технологии ионного распыления, а установка мишеней для распыления не ограничивается определенным способом, который подходит для конструкции камеры покрытия большого объема с несколькими мишенями. договоренность.
6. Характеристики быстрого напыления, плотная пленка и хорошая адгезия делают его пригодным для крупносерийного и высокоэффективного промышленного производства.
Требования к мишеням для распыления
Требования к мишеням для распыления выше, чем в традиционной промышленности материалов с общими требованиями, такими как размер, плоскостность, чистота, содержание примесей, плотность, N / O / C / S, размер зерна и контроль дефектов.
Мишени для распыления также предъявляют высокие или особые требования, включая шероховатость поверхности, сопротивление, однородность размера зерна, однородность состава и ткани, содержание и размер оксида, магнитную проницаемость, сверхвысокую плотность и сверхмелкое зерно и т. д.
Мишени для распыления в основном используются в следующих областях:
1. Электроника и информационная промышленность, включая интегральные схемы, системы хранения информации, жидкокристаллические дисплеи, лазерную память, электронные устройства управления и т. д.
2. Производство покрытий для стекла (например, покрытие стекла распылением).
Износостойкие и высокотемпературные коррозионно-стойкие производства.
3. Полноценная индустрия декоративных товаров.
4. Другие отрасли и т.д.
Что такое напыление
Напыление - это метод распыления атомов из мишени путем бомбардировки ее высокоэнергетическими частицами и осаждения их на поверхность подложки с образованием тонкой пленки.
Преимущества и недостатки напыления покрытия
1. Технически распылить можно любое вещество, особенно элементы и соединения с высокой температурой плавления и низким давлением паров. В качестве целевых материалов могут использоваться твердые тела любой формы, независимо от вещества, такого как металлы, полупроводники, изоляторы, соединения и смеси. Поскольку изоляционные материалы и сплавы, такие как оксиды, не разлагаются и не фракционируются при распылении, их можно использовать для получения тонких пленок с компонентами, аналогичными целевому материалу, и пленок сплавов с однородными компонентами и даже сверхпроводящих пленок сложного состава.
2. Хорошая адгезия между напыленной пленкой и подложкой.
а. Энергия распыленных атомов на 1-2 порядка выше, чем у испаренных атомов. Поэтому высокоэнергетические частицы осаждаются на подложке для преобразования энергии, генерируя более высокую тепловую энергию и усиливая адгезию распыленных атомов к подложке.
б. Часть распыленных атомов с высокой энергией будет производить явления инжекции различной степени, образуя диффузионный слой на подложке, в котором смешиваются распыленные атомы и атомы материала подложки.
в. Во время бомбардировки распыляющими частицами подложка всегда очищается и активируется в области плазмы, которая удаляет осажденные атомы, которые плохо прилипают, а также очищает и активирует поверхность подложки. Следовательно, адгезия напыленного слоя пленки к подложке значительно повышается.
3. В процессе напыления отсутствует явление загрязнения источника испарения, которого нельзя избежать во время вакуумного осаждения из паровой фазы. Следовательно, плотность напыляемого покрытия высокая, меньше проколов и чистота слоя пленки тоже высокая.
4. Поскольку толщину пленки можно контролировать, контролируя ток мишени во время напыления. Таким образом, управляемость толщины пленки покрытия напылением и воспроизводимость толщины пленки многократного напыления позволяют эффективно наносить пленку заданной толщины.
5. Напыление также позволяет получить пленку одинаковой толщины на большой площади.
Недостаток распыления (также относится к дипольному распылению)
1. Сложное распылительное оборудование, требующее устройств высокого (электрического) давления.
2. Низкая скорость напыления.
3. Температура подложки высока, и она чувствительна к примесным газам.
Устройство для нанесения покрытий методом напыления для РЭМ
Электронная микроскопия (SEM) является универсальным инструментом. В большинстве случаев его можно использовать для получения наноразмерной информации о различных образцах без подготовки образца. А в некоторых случаях необходимо использовать РЭМ в сочетании с устройством для нанесения покрытия ионным напылением для получения более качественных изображений РЭМ.
Как работает SEM и принципы
Метод напыления золотого покрытия СЭМ может отображать почти все типы образцов, керамику, металлы, сплавы, полупроводники, полимеры, биологические образцы и т. д. Однако некоторые конкретные типы образцов являются более сложными и требуют от оператора дополнительной подготовки образца. собирать качественные изображения с помощью спрея SEM gold. Эти дополнительные этапы включают напыление сверхпроводящего тонкого слоя материала, такого как золото, серебро, платина или хром, на поверхность образца.
Недостатки СЭМ
Из-за простоты эксплуатации есть несколько проблем при использовании покрытия золотым напылением. Единственное внимание заключается в том, что в начале оператору необходимо определить наилучшие параметры для получения наилучших результатов опрыскивания. Однако после напыления золота поверхность элементов больше не является исходным материалом, и информация о них теряется.