جامعة ماري الحكومية التقنية

قسم تصميم وإنتاج أجهزة الراديو

طلاء الفراغ

ملاحظة توضيحية

لدورة العمل على الانضباط

أساسيات فيزياء الجوامد والإلكترونيات الدقيقة

طور بواسطة: طالب من مجموعة EVS-31

كوليسنيكوف

نصح: أستاذ مشارك

إيغومنوف ف.

يوشكار أولا 2003

مقدمة

1. الرش الفراغي الحراري

1.1 مقاومة الاخرق

1.2 الرش التعريفي

1.4 ترسيب الليزر

1.5 الرش القوسي

2. الاخرق بواسطة القصف الأيوني

2.1 الاخرق الكاثودي

2.2 الاخرق المغنطروني

2.3 رش عالي التردد.

3. تكنولوجيا الأغشية الرقيقة على ركائز التوجيه

استنتاج

المؤلفات

المقدمة

تستخدم الأغشية الرقيقة المودعة في الفراغ على نطاق واسع في إنتاج أجهزة أشباه الموصلات المنفصلة والدوائر المتكاملة (ICs).

يعد الحصول على جودة عالية وقابلة للتكرار من حيث المعلمات الكهربائية طبقات الأغشية الرقيقة واحدة من أهم العمليات التكنولوجية لتشكيل هياكل كل من الثنائيات والترانزستورات المنفصلة والعناصر النشطة والسلبية من IC.

وبالتالي ، فإن موثوقية وجودة المنتجات الإلكترونية الدقيقة ، والمستوى التقني و المؤشرات الاقتصاديةإنتاجهم.

تعتمد تقنية الأغشية الرقيقة على العمليات الفيزيائية والكيميائية المعقدة واستخدام مختلف المعادن والعوازل الكهربائية. لذلك ، يتم تصنيع المقاومات ذات الأغشية الرقيقة والأقطاب الكهربائية المكثفة والوصلات البينية عن طريق ترسيب الأغشية المعدنية ، ويتم تصنيع طبقات العزل والطلاءات الواقية بواسطة عوازل كهربائية.

تتمثل إحدى المراحل المهمة في التحكم في معلمات الأغشية الرقيقة (سرعة ترسيبها ، وسمكها وتوحيدها ، ومقاومة السطح) ، والتي تتم بمساعدة أجهزة خاصة ، أثناء العمليات التكنولوجية الفردية وفي نهاية العملية بأكملها .

تستخدم طرق أيونات البلازما والرش المغنطروني على نطاق واسع في الإلكترونيات الدقيقة الحديثة. إن معدلات الترسيب العالية وطاقة الذرات الواقعة على الركيزة أثناء الترسيب تجعل من الممكن استخدام هذه الطرق للحصول على أغشية من التراكيب والتركيبات المختلفة ، وعلى وجه الخصوص ، للتضخم في درجات الحرارة المنخفضة.

حاليًا ، هناك اهتمام كبير بالبحث في هذا المجال.

الغرض من هذا المقرر الدراسي هو مراجعة الطرق الرئيسية للترسيب والرش في الفراغ والعمليات الفيزيائية والكيميائية ، وكذلك وصف وتشغيل التركيبات المستخدمة في هذه الطرق.

تتكون عملية ترسيب الأغشية الرقيقة في الفراغ من خلق (توليد) تدفق من الجسيمات موجهة نحو الركيزة المعالجة ، وتركيزها اللاحق مع تكوين طبقات رقيقة على السطح ليتم تغطيتها.

لتعديل خصائص سطح صلب ، استخدم أوضاع مختلفةمعالجة الأيونات. يتم تقليل عملية تفاعل الحزمة الأيونية مع السطح إلى تدفق العمليات الفيزيائية المترابطة: التكثيف والرش والتطفل. يتم تحديد انتشار هذا التأثير المادي أو ذاك بشكل أساسي من خلال الطاقة E 1 لأيونات القصف. عندما تكون E 1 = 10-100 فولت ، يسود التكثيف على الرش ، لذلك يحدث ترسب للطلاء. مع ارتفاع طاقة الأيونات إلى 104 فولت ، تبدأ عملية الرش بالسيطرة مع الإدخال المتزامن للأيونات في المعدن. تؤدي الزيادة الإضافية في طاقة أيونات القصف (E 1> 10 4 eV) إلى انخفاض معامل الرش وتأسيس وضع غرس الأيونات (المنشطات الأيونية).

تتضمن العملية التكنولوجية لتطبيق الطلاءات الرقيقة في الفراغ 3 مراحل رئيسية:

توليد تيار من جزيئات المادة المترسبة ؛

نقل الجسيمات في الفضاء المخلخل من المصدر إلى الركيزة ؛

ترسب الجسيمات عند الوصول إلى الركيزة.

هناك طريقتان لتطبيق الطلاءات الفراغية ، والتي تختلف في آلية توليد تدفق الجسيمات المترسبة: الرش الحراري ورذاذ المواد عن طريق القصف الأيوني. يتم نقل الجسيمات المتبخرة والمبعثرة إلى الركيزة من خلال وسط فراغ (أو جو من الغازات التفاعلية ، وبالتالي الدخول في تفاعلات البلازما الكيميائية). لزيادة درجة تأين تدفق المادة المترسبة ، يمكن إدخال مصادر خاصة للجسيمات المشحونة (على سبيل المثال ، الكاثود الساخن) أو الإشعاع الكهرومغناطيسي في غرفة التفريغ. يمكن تحقيق تسريع إضافي لحركة الأيونات إلى السطح المعالج من خلال تطبيق جهد سلبي عليه.

المتطلبات العامة لكل من هذه الطرق هي استنساخ خصائص ومعلمات الأفلام التي تم الحصول عليها وتوفير التصاق (التصاق) موثوق للأغشية بالركائز والأغشية الأخرى.

لفهم الظواهر الفيزيائية التي تحدث أثناء ترسيب الأغشية الرقيقة في الفراغ ، من الضروري معرفة أن عملية نمو الفيلم على الركيزة تتكون من مرحلتين: أولية ونهائية. دعونا نفكر في كيفية تفاعل الجسيمات المترسبة في الفراغ وعلى الركيزة.

تتحرك جزيئات المادة التي تركت سطح المصدر عبر فراغ (مخلخل) بسرعات عالية (بترتيب مئات بل وآلاف الأمتار في الثانية) إلى الركيزة وتصل إلى سطحها ، مما يمنحها جزءًا من طاقتها. تصادم. يكون جزء الطاقة المنقولة أصغر ، وكلما ارتفعت درجة حرارة الركيزة.

مع الاحتفاظ بفائض معين من الطاقة ، يمكن لجسيم المادة أن يتحرك (يهاجر) فوق سطح الركيزة. عند الهجرة فوق السطح ، يفقد الجسيم طاقته الزائدة تدريجيًا ، ويميل إلى التوازن الحراري مع الركيزة ، وقد يحدث ما يلي. إذا فقد الجسيم طاقته الزائدة في الطريق ، يتم تثبيته على الركيزة (يتكثف). بعد أن التقى جسيمًا مهاجرًا آخر (أو مجموعة من الجسيمات) في الطريق ، سوف يدخل في رابطة قوية (معدنية) معه ، مما يؤدي إلى تكوين ثنائي ممتز. مع وجود ارتباط كبير بما فيه الكفاية ، تفقد هذه الجسيمات تمامًا القدرة على الهجرة ويتم تثبيتها على الركيزة ، لتصبح مركز التبلور.

حول مراكز التبلور الفردية ، تنمو البلورات ، والتي تتحد فيما بعد وتشكل فيلمًا مستمرًا. يحدث نمو البلورات بسبب الجسيمات المهاجرة على السطح ونتيجة للترسب المباشر للجسيمات على سطح البلورات. من الممكن أيضًا تكوين مضاعفات في فراغ فراغ عند اصطدام جسيمين ، والتي يتم امتصاصها في النهاية على الركيزة.

ينتهي تشكيل فيلم مستمر المرحلة الأولىمعالجة. منذ هذه اللحظة ، لم تعد جودة سطح الركيزة تؤثر على خصائص الفيلم المطبق ، فإن المرحلة الأولية لها أهمية حاسمة في تكوينها. في المرحلة النهائية ، ينمو الفيلم إلى السماكة المطلوبة.

في ظل ظروف ثابتة أخرى ، تؤدي الزيادة في درجة حرارة الركيزة إلى زيادة الطاقة ، أي تنقل الجزيئات الممتصة ، مما يزيد من احتمالية الالتقاء بالجزيئات المهاجرة ويؤدي إلى تكوين غشاء بهيكل خشن الحبيبات. بالإضافة إلى ذلك ، مع زيادة كثافة الحزمة الساقطة ، يزداد احتمال تكوين أزواج وحتى مجموعات متعددة الذرات. في الوقت نفسه ، تساهم الزيادة في عدد مراكز التبلور في تكوين فيلم بهيكل بلوري دقيق.

حالة الخلخلة للغاز ، أي تسمى الحالة التي يكون فيها ضغط الغاز في حجم محكم مغلق معين أقل من الضغط الجوي بالفراغ.

تحتل تقنية الفراغ مكانًا مهمًا في إنتاج هياكل أفلام IC. لإنشاء فراغ في غرفة العمل ، يجب ضخ الغازات منها. لا يمكن تحقيق فراغ مثالي ، وفي غرف العمل التي تم إخلاؤها بالمنشآت التكنولوجية ، توجد دائمًا كمية معينة من الغازات المتبقية ، والتي تحدد الضغط في الغرفة المفرغة (العمق أو درجة الفراغ).

يتمثل جوهر عملية ترسيب الأغشية الرقيقة هذه في تسخين المادة في الفراغ إلى درجة حرارة تصبح فيها الطاقة الحركية لذرات وجزيئات المادة ، التي تزداد مع التسخين ، كافية لها للانفصال عن السطح والانتشار في الفضاء المحيط. يحدث هذا عند درجة حرارة يتجاوز فيها ضغط أبخرة المادة نفسها بعدة أوامر من حيث الحجم ضغط الغازات المتبقية. في هذه الحالة ، ينتشر التدفق الذري في خط مستقيم ، وعند الاصطدام بالسطح ، تتكثف الذرات والجزيئات المتبخرة عليه.

تتم عملية التبخر حسب المخطط المعتاد: المرحلة الصلبة - المرحلة السائلة - الحالة الغازية. تنتقل بعض المواد (المغنيسيوم ، والكادميوم ، والزنك ، وما إلى ذلك) إلى الحالة الغازية ، متجاوزة المرحلة السائلة. هذه العملية تسمى التسامي.

العناصر الرئيسية لمصنع الترسيب بالفراغ ، والتي يظهر رسم تخطيطي مبسط لها في الشكل 1 ، هي: 1 - غطاء فراغ من الفولاذ المقاوم للصدأ ؛ 2 - المثبط 3 - خط أنابيب لتسخين المياه أو تبريد الغطاء ؛ 4 - تسرب إبرة لتزويد الغرفة بالهواء الجوي ؛ 5 - سخان الركيزة. 6 - حامل الركيزة مع الركيزة التي يمكن وضع الاستنسل عليها ؛ 7 - حشية مانعة للتسرب مصنوعة من المطاط الفراغي ؛ 8- مبخر به مادة موضوعة فيه وسخان (مقاوم أو شعاع إلكتروني).

تتضمن عملية تنفيذ عملية الترسيب بالفراغ الخطوات التالية. في الموضع العلوي للغطاء ، تتم إزالة الركائز المعالجة من حامل الركيزة وتركيب ركائز جديدة. يتم خفض الغطاء وتشغيل نظام مضخات التفريغ (أولاً للفراغ الأولي ، ثم التفريغ العالي). لتسريع إمتصاص الهواء بواسطة الأسطح الداخليةوتقليل وقت الضخ ، يتم توفير الماء الساخن الجاري لخط الأنابيب. عند الوصول إلى الضغط داخل الغرفة بترتيب 10-4 باسكال (التحكم في مقياس الضغط) ، يتم تشغيل سخانات المبخر والركائز. عندما يتم الوصول إلى درجات حرارة التشغيل (التحكم عن طريق المزدوجات الحرارية) ، يتم أخذ المخمد جانبًا وتصل أبخرة المادة إلى الركيزة ، حيث تتكثف وتنمو الطبقة. يعمل نظام التحكم في نمو الفيلم الأوتوماتيكي على إصلاح إما سمك الفيلم (للعزل الكهربائي لمكثفات الفيلم) ، أو مقاومة السطح (للمقاومات) ، أو وقت الترسيب (الموصلات والملامسات ، والطلاءات الواقية). الإشارة المتولدة في هذه الحالة حول نهاية الترسيب ، بعد التضخيم ، تعمل على الملف اللولبي المخمد ، مما يمنع تدفق البخار معه. بعد ذلك ، يتم إيقاف تشغيل سخانات المبخر والركائز ، ويتم إيقاف تشغيل نظام الضخ ، ويتم توفير المياه الجارية الباردة لخط الأنابيب. بعد تبريد أجهزة الغطاء ، يتم السماح للهواء الجوي بالدخول بسلاسة عبر صمام التسرب. معادلة الضغوط داخل وخارج غطاء المحرك يجعل من الممكن رفعه وبدء دورة المعالجة التالية.

تتميز عملية ترسيب الفراغ الحراري بدرجة حرارة المبخر t ° Uc ، وضغط الهواء في غرفة العمل P 0 ، ودرجة حرارة التسخين للركائز t ° n. 1-2 دقيقة. في الوقت نفسه ، تؤدي الكثافة العالية جدًا إلى تكوين بنية غير مستقرة دقيقة الحبيبات في الفيلم ، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

يتميز معدل التبخر بضغط البخار (ضغط البخار في حالة التشبع) P S. يعتمد ضغط البخار لمادة معينة فقط على درجة الحرارة.

حيث A و B معاملات تميز نوع المادة ؛

T هي درجة الحرارة المطلقة للمادة ، K.

تعتبر الكثافة المثلى للتبخر هي الكثافة التي يكون فيها ضغط البخار ~ 1.3 باسكال. تسمى درجة حرارة التبخر المقابلة لهذه المرونة شرطية ويمكن حسابها من (1.1). لذلك ، بالنسبة للألمنيوم ، تبلغ درجة الحرارة 1150 درجة مئوية ، والكروم - 1205 درجة مئوية ، والنحاس - 1273 درجة مئوية ، والذهب - 1465 درجة مئوية ، إلخ.

ضغط الهواء المنخفض Р 0 في غرفة العمل ضروري من أجل:

ضمان الانتشار الحر لذرات مادة المبخر في حجم غرفة العمل ؛

الحركة المستقيمة لذرات المادة دون الاصطدام بجزيئات الهواء المتبقي والتشتت غير المجدي للمواد في حجم الغرفة ؛

استبعاد التفاعل الكيميائي للمادة المرشحة مع جزيئات الهواء.

يتم توفير الشروط المذكورة أعلاه عند الضغط المتبقي Р 0 10 -4 باسكال. من السهل نسبيًا تحقيق مثل هذا الفراغ بمساعدة مضخات الانتشار الميكانيكية ذات الفراغ الأمامي والفراغ العالي المتصلة في سلسلة.

تؤثر درجة حرارة الركيزة أثناء عملية الترسيب بشكل كبير على بنية الفيلم ، وبالتالي على ثبات خواصه الكهربية أثناء التشغيل.

تدخل ذرات المادة الركيزة بالطاقة kT (k = 8.63 × 10 -5 eV / K- ثابت بولتزمان؛ ك - درجة حرارة مطلقة) وسرعات تصل إلى 1000 م / ث. في هذه الحالة ، يتم نقل جزء من الطاقة إلى الذرات السطحية للركيزة ، وتسمح الطاقة المتبقية لها بالهجرة لبعض الوقت في المجال المحتمل للسطح. يكون جزء الطاقة المتبقية أعلى ، كلما ارتفعت درجة حرارة الركيزة. في عملية الترحيل ، يمكن للذرة إما ترك الركيزة (على تل محتمل للحقل) أو إطفاء الطاقة جزئيًا عن طريق التفاعل مع ذرة مهاجرة أخرى. فقط المجموعة المتعددة الذرات ، التي تصبح واحدة من مراكز التبلور ، يمكن أن تفقد تمامًا قدرتها على الهجرة والتثبيت على ركيزة ساخنة (التكثيف). عند كثافة تدفق ذري منخفضة ، أي درجة الحرارة على المبخر ، يكون عدد مراكز التبلور لكل وحدة مساحة صغيرًا ، وبحلول الوقت الذي يتشكل فيه فيلم مستمر حولها ، يكون لدى البلورات الكبيرة وقت للنمو.

يؤدي انخفاض درجة حرارة الركيزة وزيادة كثافة التدفق إلى تكوين مبكر لمراكز التبلور ، وزيادة عددها لكل وحدة مساحة ، وتشكيل بنية دقيقة الحبيبات. أثناء تشغيل المعدات الإلكترونية ، عندما تتعرض لدورات دورية من التسخين والتبريد البطيء ، فإن الهيكل الدقيق يتبلور تدريجياً إلى هيكل خشن. في هذه الحالة ، تتغير الخصائص الفيزيائية الكهربية بشكل لا رجوع فيه ، ويحدث "شيخوخة" الفيلم. في الأفلام المقاومة ، على سبيل المثال ، لوحظ انخفاض في المقاومة بمرور الوقت.

لذلك ، لتشكيل أغشية رقيقة مستقرة أثناء التشغيل ، من الضروري تسخين الركيزة وليس إجبار عملية الترسيب عن طريق زيادة درجة حرارة المبخر.

في إنتاج هياكل الأغشية الرقيقة ، كما في حالة هياكل أشباه الموصلات ، يتم استخدام ركائز المجموعة. ركائز المجموعة لها شكل مستطيلبأبعاد 60 × 48 مم أو 120 × 96 مم ، مصنوعة من مادة عازلة (سيتال ، بوليكور ، زجاج) ومصممة للإنتاج المتزامن لما يصل إلى عشرات الوحدات المتماثلة. وبالتالي ، يجب أن تكون خصائص الفيلم المودع هي نفسها على كامل مساحة طبقة المجموعة الأساسية.

في التقريب الأول ، يكون تدفق الذرات من المبخر إلى الركيزة عبارة عن حزمة متباينة ، وبالتالي فإن كثافة التدفق في مستوى الركيزة ليست موحدة: فهي الحد الأقصى في مركز الركيزة وتنخفض من المركز إلى المحيط. هذا يعني أنه عندما يتم ترسيب فيلم على ركيزة ثابتة ، يتم تشكيل فيلم أكثر سمكًا في المنطقة الوسطى من الركيزة عن حواف الركيزة. على سبيل المثال ، المقاومات المتكونة في الوحدات المركزية سيكون لها مقاومة أقل من المقاومات المماثلة في الوحدات الطرفية.

في ضوء ما تقدم ، فإن مصانع الترسيب الحراري الفراغي مجهزة بأجهزة دوارة (أقراص ، براميل) تحمل عدة ركائز (6 ، 8 أو 12). تمر الركائز بالتسلسل وبشكل متكرر فوق المبخر الثابت (الشكل 2) ، وتكتسب تدريجياً سماكة الفيلم المطلوبة. ونتيجة لذلك ، فإن "التل" المركزي الذي ربما يكون قد تشكل على الركيزة غير المنقولة يتآكل في سلسلة من التلال ممتدة في اتجاه حركة الركيزة. لموازنة سمك الفيلم في الاتجاه العرضي ، يتم استخدام الحجاب الحاجز التصحيحي ، والذي يتم تثبيته بين المبخر والركيزة في المنطقة المجاورة مباشرة له. يتم حساب ملف تعريف الحجاب الحاجز بناءً على دراسة نقوش الفيلم التي تم الحصول عليها عن طريق الترسيب على ركيزة ثابتة ومتحركة. نتيجة للاختلاف في وقت التشعيع في المناطق المركزية والمحيطية من الركيزة ، يزداد توحيد سماكة الفيلم على كامل مساحة الركيزة الجماعية ويكون في حدود ± 2 ٪ (للركائز 60 × 48 مم).

المزايا الرئيسية لطريقة التوليد هذه هي:

إمكانية تطبيق أغشية من المعادن (بما في ذلك المواد المقاومة للحرارة) والسبائك ومركبات أشباه الموصلات والأغشية العازلة ؛

سهولة التنفيذ؛

معدل التبخر العالي للمواد والقدرة على تنظيمها على نطاق واسع عن طريق تغيير الطاقة المقدمة للمبخر ؛

عقم العملية ، التي تسمح ، في حالة وجود فراغ عالي (وإذا لزم الأمر ، فائق الارتفاع) ، بالحصول على طلاءات خالية عمليًا من التلوث.

تختلف جميع المبخرات عن بعضها البعض بطريقة تسخين المادة المتبخرة. على هذا الأساس ، يتم تصنيف طرق التسخين على النحو التالي: المقاومة ، الحث ، شعاع الإلكترون ، الليزر والقوس الكهربائي.

1.1 مقاومة الاخرق

هذه هي الطريقة الأولى لطلاء الأغشية الرقيقة في الفراغ ، والتي كانت حتى وقت قريب هي الأكثر استخدامًا. وتتمثل سماته المميزة في البساطة التقنية وسهولة التحكم وتنظيم أوضاع تشغيل المبخر وإمكانية الحصول على طلاءات ذات تركيبة كيميائية مختلفة.

في المبخرات المقاومة ، يتم توليد الطاقة الحرارية لتسخين المادة المتبخرة بسبب إطلاق حرارة الجول عن طريق تمرير تيار كهربائي عبر السخان.

تُفرض المتطلبات التالية على المواد المستخدمة في تصنيع سخانات المبخر المقاومة.

1. يجب أن يكون ضغط بخار مادة السخان عند درجة حرارة تبخر المادة المترسبة صغيرًا بشكل مهم.

2. يجب أن تكون مادة السخان مبللة جيداً بواسطة مادة التبخير المنصهرة ، حيث أن هذا ضروري لضمان اتصال حراري جيد بينهما.

3. يجب ألا تحدث أي تفاعلات كيميائية بين مادة السخان والمادة المتبخرة ولا ينبغي أن تتشكل السبائك المتطايرة لهذه المواد ، لأن في خلاف ذلكالأفلام المطبقة ملوثة ودمرت السخانات.

لتطبيق الطلاء بطريقة المقاومة ، يتم استخدام تصميمات وطرق مختلفة لتبخر المعادن والسبائك. الأكثر استخدامًا هي المبخرات السلكية والشريطية والبوتقة والبوتقة الآلية للعمل المنفصل.

مبخرات الأسلاك ، التي تكمن ميزتها الرئيسية في بساطة الجهاز وكفاءته العالية ، مصنوعة من أسلاك من معادن مقاومة للصهر (W ، Mo ، Ta) ومتوفرة في مجموعة متنوعة من الأشكال (في شكل حلقة ، لولب أسطواني ، لولب مخروطي ، شكل V ، إلخ). يتم استخدامها لتبخير المواد التي تبلل مادة السخان. في هذه الحالة ، يتم الاحتفاظ بالمادة المنصهرة بواسطة قوى التوتر السطحي على شكل قطرة على سخان سلكي. يجب أن يكون للسلك المستخدم (عادة بقطر من 0.5 إلى 1.5 مم) نفس المقطع العرضي بطوله بالكامل ، وإلا ، بسبب ارتفاع درجة الحرارة المحلية ، فسيتم إزعاج انتظام الطبقة الناتجة ، بالإضافة إلى السلك سريعًا احترق. مع الترطيب الجيد لمواد السخان بواسطة المعدن المتبخر ، يحدث دائمًا تفاعل نشط إلى حد ما بينهما ، مما يؤدي في النهاية إلى تدمير المبخر وانخفاض في نقاء الطلاء المطبق. بمساعدة مبخرات الأسلاك ، يمكن أن يحدث ما يصل إلى 4 P بزاوية صلبة.

مبخرات الشريط مصنوعة من صفائح رقيقةمعادن مقاومة للصهر ولها فترات استراحة خاصة (على شكل أخاديد أو قوارب أو أكواب أو صناديق) توضع فيها المادة المبخرة. يتم استخدامها لتبخير مواد المسحوق والمركبات غير العضوية. هذه المبخرات ، مثل مبخرات الأسلاك ، بسيطة في التصميم ، ولكنها بالمقارنة مع الأخيرة تستهلك المزيد من الطاقة بسبب الخسائر الكبيرة بسبب الإشعاع الحراري. المبخرات الشريطية لها اتجاه تبخر كبير ، ومنطقة التبخر القصوى الممكنة عمليًا محدودة بزاوية صلبة تبلغ 2 P.

يمكن استخدام مبخرات البوتقة لتبخير المواد التي لا تتفاعل مع مادة البوتقة ولا تشكل سبائك معها. وهي مصنوعة من معادن مقاومة للصهر (W ، Mo ، Ta) من أكاسيد المعادن (Al 2 O 3 ، BeO ، ZrO 2 ، ThO 2 إلخ) والجرافيت. يمكن أيضًا استخدام الزجاج المقاوم للحرارة وبوتقات الكوارتز لإيداع المواد ذات درجة حرارة التبخر المنخفضة.

تستخدم بوتقات أكسيد الألومنيوم للمعادن التي تقل درجة حرارة تبخرها عن 1600 درجة مئوية (Cu ، Mn ، Fe ، Sn) ؛ يمكن استخدام البوتقات المصنوعة من أكسيد البريليوم حتى درجة حرارة 1750 درجة مئوية ، وأكسيد الثوريوم - حتى 2200 درجة مئوية. عند تبخير المواد عند درجات حرارة تصل إلى 2500 درجة مئوية ، يتم استخدام بوتقات الجرافيت. ومع ذلك ، تتفاعل العديد من المواد مع الكربون عند درجات حرارة عالية لتكوين الكربيدات وبالتالي لا يمكن تبخيرها من هذه البوتقات (على سبيل المثال ، Al ، Si ، Ti). يتم تبخير Be ، Ag ، Sr بكفاءة من مبخرات الجرافيت. يتم تقليل العديد من الأكاسيد بشكل فعال بواسطة الكربون ، مما يجعل من الممكن تنقية المعادن باستخدام بوتقات الجرافيت.

الميزة الرئيسية لمبخرات البوتقة هي أنه يمكن استخدامها لتبخير كمية كبيرة من المواد. بالمقارنة مع المبخرات السلكية والشريطية ، فهي أكثر خمولاً ، لأن الموصلية الحرارية المنخفضة للمواد لا تسمح بالتسخين السريع للمادة المتبخرة. بالإضافة إلى ذلك ، لا تسمح بوتقات الأكسيد بالتسخين السريع بسبب خطر تدميرها بالصدمة الحرارية. يجب أن تتضمن عيوب مبخرات البوتقة أيضًا حقيقة أنه بمساعدتهم يمكن فقط الحصول على حزمة ضيقة من المادة المبخرة.

تُستخدم المبخرات السطحية غير المستمرة لتبخير السبائك والمواد ذات التركيب المعقد (على سبيل المثال ، مخاليط السيراميك والمعادن) ، والتي تتكون من مكونات ذات معدلات تبخر مختلفة بشكل حاد. يستخدمون طريقة التبخر المتفجرة. يتم اختيار درجة حرارة سطح المبخر ، الذي تسقط عليه الجسيمات الدقيقة ، بحيث تتبخر جميع الجسيمات المتساقطة للمادة المعقدة على الفور. يتم توريد الجسيمات الدقيقة إلى السطح الساخن بمعدل يختلف عن معدل تبخر جزيئات هذه المادة ، مما يضمن إنتاج أغشية بالتركيب المطلوب.

ستنتشر على نطاق واسع ما يسمى بمبخرات البوتقة التلقائية ، حيث تتلامس قطرة أو حمام من المعدن المنصهر مع نفس المعدن في الحالة الصلبة. تتيح هذه الطريقة الحصول على طلاءات عالية التردد.

للحصول على طلاءات تتميز بالتوحيد العالي للهيكل والتركيب الكيميائي ، عن طريق تبخر مواد المسحوق ، من الضروري أولاً تنفيذ عمليات فصل المسحوق وغربله إلى كسور ، والخلط الميكانيكي الشامل عند استخدام مساحيق من تركيبات كيميائية مختلفة ، وإزالة الغازات المسحوق وإزالة الغازات المنبعثة من الحجم غرفة فراغ.

طريقة التبخر المقاوم لها عيوب تقلل بشكل كبير من نطاق استخدامها. تشمل العيوب الرئيسية لهذه الطريقة عدم وجود تأين ملحوظ لأبخرة المادة المتبخرة ، وصعوبة التحكم في المعلمات الرئيسية للتدفق ، والقصور الذاتي المرتفع للمبخرات.

1.2 الرش التعريفي

يستخدم التبخر التعريفي للتخلص من الآثار غير المرغوب فيها المرتبطة بالتفاعل بين المبخر والمبخر وللحصول على طلاء عالي النقاء.

مبدأ تشغيل tikl مع التدفئة التعريفيهو مبين في الشكل 3. أثناء الانصهار ، كتلة المعدن (1) تحت تأثير قوى المجال الكهرومغناطيسي الناتج عن الملف (2) ترتفع بطريقة تسخن سطح التلامس للمعدن إلى درجة حرارة عالية مع البوتقة (3) هو الحد الأدنى. نتيجة لذلك ، تضعف التفاعلات الكيميائية بين المعدن المتبخر والبوتقة.

تشمل عيوب طريقة التسخين التعريفي استحالة التبخر المباشر للعوازل والحاجة إلى استخدام خاص

محاثات لتبخر المعادن المختلفة ، وكذلك الكفاءة المنخفضة للتركيب.

1.3 رش شعاع الإلكترون

في ظروف العملتُستخدم مبخرات الحزمة الإلكترونية على نطاق واسع ، مما يجعل من الممكن الحصول على أغشية رقيقة من المعادن والسبائك والعوازل الكهربائية. يتيح التركيز الجيد لشعاع الإلكترون في هذه المبخرات الحصول على تركيز طاقة عالي (حتى 5 10 8 واط / سم 2) ودرجة حرارة عالية ، مما يجعل من الممكن التبخر مع السرعه العاليهحتى أكثر المواد مقاومة للحرارة. إن الحركة السريعة للمنطقة الساخنة نتيجة لانحراف تدفق الإلكترون ، وإمكانية تنظيم والتحكم في طاقة التسخين ومعدل الترسيب تخلق شروطًا مسبقة للتحكم التلقائي في العملية. تجعل هذه الطريقة من الممكن الحصول على درجة نقاء عالية وتوحيد للفيلم المودع ، حيث يتحقق التبخر التلقائي للمادة.

مبدأ تشغيل مبخر حزمة الإلكترون هو كما يلي. في مسدس الإلكترون ، تنبعث الإلكترونات الحرة من سطح الكاثود وتتشكل في شعاع تحت تأثير تسريع وتركيز المجالات الكهروستاتيكية والمغناطيسية. من خلال مخرج البندقية ، يتم دفع الحزمة إلى غرفة العمل. لتوصيل شعاع الإلكترون إلى البوتقة بالمواد المتبخرة وتوفير معلمات الحزمة المطلوبة لهذه العملية التكنولوجية ، يتم استخدام عدسات التركيز المغناطيسية وأنظمة الانحراف المغناطيسي بشكل أساسي. لا يمكن المرور دون عوائق لحزمة الإلكترون إلى كائن إلا في فراغ عالٍ. يتم ضبط ضغط تشغيل يبلغ حوالي 10-4 باسكال في غرفة المبخر. يتم تسخين المادة المتبخرة بسبب قصف سطحها بحزمة إلكترونية إلى درجة حرارة يحدث فيها التبخر بالمعدل المطلوب. في تدفق البخار الناتج ، يتم وضع الركيزة التي يحدث التكثيف. يتم استكمال جهاز المبخر بوسائل القياس والتحكم ، والتي تعتبر مهمة بشكل خاص للتحكم في شعاع الإلكترون أثناء عملية الترسيب.

المعلمات الرئيسية التي يمكن تحقيقها في مبخرات الحزمة الإلكترونية: 10 4-10 5 واط / سم 2 ؛ معدل التبخر المحدد - 2 · 10 -3 -2 · 10-2 جم / (سم 2 ثانية) ؛ كفاءة عملية التبخر (للنحاس) - 3 · 10 -6 جم / جول ؛ طاقة الجسيمات المتولدة - 0.1-0.3 فولت ؛ معدل ترسب الجسيمات على الركيزة هو 10-60 نانومتر / ثانية.

في أبسط الحالات ، يتم توجيه شعاع الإلكترون إلى المادة المراد تصحيحها عموديًا أو بزاوية مائلة على السطح. في هذه الحالة ، يتم استخدام مولدات الحزمة الإلكترونية طويلة التركيز لضمان تركيز الحزمة والحصول على الطاقة المحددة المطلوبة على سطح المادة المبخرة. العيوب المهمة لهذا الترتيب هي إمكانية تكوين أغشية على تفاصيل النظام الإلكتروني البصري ، مما يؤدي إلى تغيير في معلمات حزمة الإلكترون ، والحد من منطقة صالحة للاستعماللاستيعاب الركيزة بسبب تظليل جزء من غرفة العملية بواسطة البندقية. يمكن تجنب أوجه القصور هذه عن طريق وضع المسدس أفقيًا وانحراف شعاع الإلكترون على المادة المراد تبخيرها باستخدام أنظمة مختلفة توفر دوران قاذفة بزاوية تصل إلى 270 درجة.

تشمل عيوب طريقة تبخير الحزمة الإلكترونية ما يلي:

الحاجة إلى جهد تسريع عالي (حوالي 10 كيلو فولت) ؛

انخفاض كفاءة الطاقة للمنشآت بسبب استهلاك الطاقة لتكوين الإلكترونات الثانوية (حتى 25 ٪ من طاقة الحزمة الأولية) تسخين البوتقة والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية ؛

إطلاق الغاز في حجم العمل بسبب القصف الإلكتروني الثانوي للركيزة والمعدات التكنولوجية وجدران الغرفة ؛

توليد عيوب إشعاعية في الأغشية الرقيقة المترسبة بقصفها بالإلكترونات الثانوية ؛

لا يوجد تأين ملحوظ لتدفق المادة المترسبة ؛

ضعف التصاق الأغشية الرقيقة بالركيزة بسبب الطاقة المنخفضة للجسيمات المترسبة.

1.4 ترسيب الليزر

في مبخرات الليزر ، يتم تسخين مادة التبخير الموضوعة في فراغ باستخدام إشعاع مركّز من مولد كمومي بصري (OQG) يقع خارج حجرة التفريغ. يمكن ترسيب الفيلم بالليزر بسبب الخصائص التالية للشعاع: التركيز الدقيق للإشعاع وجرعة طاقته ، كثافة تدفق الطاقة العالية (10 8-10 10 جول / سم 2).

المزايا الرئيسية لطريقة الترسيب بالليزر النبضي (PLS) هي:

ظروف نظيفة للغاية للتبخر بالفراغ (يكون مصدر الطاقة لتبخر مادة ما خارج حجم الفراغ ، ويتم التبخر من "بوتقة خاصة") ؛

إمكانية الحصول على أغشية من أكثر المواد مقاومة للحرارة والحفاظ على التركيب المتكافئ للمركبات متعددة المكونات ( كثافة عاليةيتيح تدفق الطاقة لإشعاع الليزر وقصر مدته الوصول إلى درجات حرارة عالية - تصل إلى عشرات الآلاف من الدرجات ، حيث تتبخر جميع المكونات بنفس القدر) ؛

معدل ترسيب فوري عالي (103-105 نانومتر / ثانية) وآلية نمو غشاء بدون بذور ، والتي تضمن استمرارية الطبقات بسمك قريب من الجزيء الأحادي. وهذا يجعل من الممكن استخدام ILN للحصول على أغشية رفيعة للغاية وشبكات فائقة ؛

إن استخدام الجزء منخفض الطاقة فقط من البلازما ، والذي يساهم في إنتاج أفلام خالية من العيوب ، يقترب من معلماتها للأفلام التي تم الحصول عليها عن طريق epitaxy الحزمة الجزيئية. الليزر النبضي هو نوع ناجح جدًا من المبخرات لـ MBE ؛ لذلك ، يمكن أن يتلاءم ترسيب الليزر عضوياً مع معدات طريقة MBE ؛

إن ثبات الطبقات المودعة في نبضة واحدة بسمك 0.1 - 10.0 درجة / نبضة يجعل من الممكن برمجة ترسيب الأغشية ذات السماكة الخاضعة للرقابة الصارمة ؛

عالية الأداء وقابلية التصنيع.

حاليًا ، يتم استخدام ليزر غاز ثاني أكسيد الكربون عالي الطاقة (λ = 10.6 ميكرومتر) أو روبي الحالة الصلبة (λ = 0.6943 ميكرومتر) والنيوديميوم (λ = 1.06 ميكرومتر) في ILN. لتبخير المواد العازلة ، يوصى باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون ، لأن العوازل تمتص إشعاع الموجة الطويلة بشكل أفضل. تم الحصول على أفضل النتائج في الحصول على أغشية رقيقة ورقيقة ، خاصة أفلام المركبات ، باستخدام ليزر النيوديميوم.

لضمان استنساخ أفضل لخصائص الفيلم وللتحكم في العملية التكنولوجية والتحكم فيها وأتمتتها ، يتم استخدام طريقة التردد ILN ، والتي تتكون من الترسيب المتتالي للفيلم في فراغ في أجزاء صغيرة (أقل من طبقة أحادية لكل نبضة واحدة) ، باتباع كل منها أخرى بتردد معين. بالنسبة للمعادن والسبائك ، كان الوضع الأمثل f = 50 هرتز ، τ = 10 نانوثانية ، وكانت الطاقة المنبعثة على السطح المستهدف q = 5 10 8-5 10 9 واط / سم 2 ، ولأشباه الموصلات والعوازل الكهربائية 10 كيلو هرتز ، 200 ns و 10 7-10 8 واط / سم 2 على التوالي.

يستخدم المسح لتحسين التوحيد وإمكانية إعادة إنتاج عينات وهياكل الأفلام. شعاع الليزرعلى هدف ثابت ، أو التحرك في غرفة التفريغ الخاصة بالتركيب.

أهم معلمة فيزيائية وتكنولوجية لطريقة الليزر لإنتاج الفيلم ، والتي تحدد درجة حرارة ومدة التبخر ، وتكوين وحالة المادة المتبخرة ، ومن خلالها معدل وآلية التكثيف ، وهيكل وخصائص الطبقة المودعة ، هي طريقة تشغيل الليزر. على سبيل المثال ، فإن وضع SI (النبضة الثانية) يجعل من الممكن التبخر دون تفكك حتى معقد مركبات العضويةيعطي MI (نبضة ميلي ثانية) مرحلة مسامية مع مجموعة متنوعة من معقدات الشظايا الجزيئية ، في وضع NI (نبضة نانوثانية) يتم الوصول إلى درجات حرارة عالية جدًا - تصل إلى عشرات الآلاف من الدرجات ، مما يؤدي إلى تفكك كامل للبخار وتأينه القوي. يتم استخدام OCG النبضي ، كقاعدة عامة ، في أوضاع MI (q = 10 6-10 7 W / cm 2) و NI (q≥10 9 W / cm 2). بالمجهر الإلكتروني ، وجد أن الأغشية التي تم الحصول عليها في الوضع MI (q = 5 10 5 W / cm 2) موحدة في السمك ، بينما NI- المكثفات (q = 10 8-10 9 W / cm 2) بغض النظر عن أظهرت مادة الفيلم والركيزة وسماكة الفيلم "خشونة" بحجم مميز يبلغ 50 نانومتر.

إحدى الخصائص المهمة لتبخر الليزر هي كفاءته - نسبة الكتلة m i التي تتبخر لكل نبضة إلى طاقة نبضة الليزر Ei: β = mi / Ei.

نتيجة NI ، يصبح تفاعل البخار مع الإشعاع والبخار مع الهدف كبيرًا. في اللحظة الأولى ، يقوم البخار بفحص السطح المستهدف ، ويمتص إشعاع الليزر بشكل مكثف. ثم تبدأ إعادة انبعاث الطاقة الممتصة. الإشعاع الثانوي ، التفاعل مع الهدف ، يؤدي إلى تبخره. بسبب التغيير في آلية التبخر في وضع NI ، يتم إنفاق معظم طاقة نبضة الليزر على تسخين البخار وأقل بكثير على تكوينه ؛ وبالتالي ، فإن الكفاءة β ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، تكون أقل بكثير (بأمر من الحجم) مما كانت عليه في وضع MI. القيم المميزة لكفاءة التبخر هي القيم التالية: β MI = 0.1 مجم / J ، β NI = 0.01 مجم / جول. يمكن أن تتأثر كفاءة التبخر بشدة بانخفاض التوصيل الحراري وزيادة الامتصاص ، والتي تتحقق عند استخدام أهداف المسحوق.

عندما تتبخر مادة ما بواسطة نبضات ليزر نانوثانية ، يحدث التمدد المتقلب (وبالتالي التكثيف على الركيزة): تتحرك الإلكترونات السريعة للأمام ، ثم أيونات الشحنة القصوى (بطاقة تصل إلى 1000 فولت وأكثر. ) ، في نهاية المكون الأيوني - أيونات الشحنة الأدنى ، وأخيرًا ، الجزء الأبطأ من المجموعة هو الجزء المحايد (مع الطاقة ~ I EV). تؤدي الطبيعة المتدرجة لتمدد حزمة البلازما إلى عملية غير متجانسة مع الوقت. تبدأ عملية التكثيف بـ "الصدمة الأيونية" - قصف سطح الركيزة بأيونات عالية الطاقة بكثافة عالية (يمكن أن تصل إلى مئات الأميال / سم). بعد الأيونات السريعة ، يضرب الجزء الأبطأ من الحزمة الركيزة: أيونات منخفضة الشحنة وذرات متعادلة. يمكن أن تكون عواقب "الصدمة الأيونية": تنظيف سطح الركيزة ، وتسخينها ، والحفر مع فتح العيوب الموجودة وتشكيل عيوب جديدة ، وتآكل الهدف. وهذا بدوره له تأثير كبير على خصائص المكثفات ، على سبيل المثال ، على زيادة التصاق الأفلام التي تم الحصول عليها بمساعدة الليزر.

وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من الطبيعة النبضية للتبخر ، بسبب تشتت معدلات التمدد لمكونات حزمة البلازما ، يمكن أن يكون معدل التكثيف ثابتًا تقريبًا إذا كان معدل تكرار النبض مرتفعًا بدرجة كافية ، بحيث تكون f> 1 / c (τc هو وقت التكثيف).

يحدث تبخر مادة عن طريق الليزر النبضي في ظل ظروف عدم توازن بشكل أساسي ، وتحت تأثيرات ميكانيكية شديدة ناتجة عن الضغوط الحرارية ، وموجات الصدمة ، وضغط الغاز ، وما إلى ذلك. نتيجة لتدمير الهدف ، في وقت واحد مع البخار أو البلازما ، تتشكل الجسيمات الدقيقة الصلبة والسائلة ، والتي لها سرعة تمدد قريبة من سرعة تجلط البخار وتسبب ظهور عيوب دقيقة في الفيلم المكثف ، يسمى تأثير البداية. لتقليل تأثير الترشيش ، يمكن استخدام طرق مختلفة: استخدام هدف مسحوق مع التفريغ اللاحق للغاز ، أو المسح البطيء (من النبض إلى النبض) أو المسح عالي السرعة (أثناء نبضة واحدة).

يتمثل أحد الجوانب الهيكلية المثيرة للاهتمام لمشكلة تكثيف الليزر في إمكانية الحصول على مكثفات فائقة الرقة باستمرار ، والتي ترتبط بارتفاع معدل إمداد البخار إلى الركيزة وآلية النمو بدون بذور المطبقة. يرتبط مفهوم "النواة" بحد ذاته بتجمع ثابت من الذرات ، على عكس الذرات المتنقلة الممتزجة. مع ILN ، لا توجد حركة كبيرة من adatoms أثناء ترسب أحادي الطبقة (10 -5 - 10 -7 s): ليس لدى adatom الوقت للتحرك مسافة كبيرة قبل ذرة جديدة ، ثانية ، ثلث ، إلخ. يظهر بجانبه. يصبح نمو الغشاء خاليًا من البذور: تلتصق الذرات بالطبقة المكثفة ليس من الغاز ثنائي الأبعاد على السطح ، ولكن مباشرة من مرحلة البخار. منذ أن تم تطوير ILN كطريقة للحصول على طبقة رقيقة خالية من العيوب ، وخاصة الأفلام الرقيقة للغاية والشبكات الفائقة ، فقط في السنوات الاخيرة، حتى الآن تم تنفيذه فقط في مرافق البحث.

1.5 الرش القوسي

في طريقة القوس الفراغي لترسيب الأغشية الرقيقة للمعادن ومركباتها ، يتم توليد تدفق مادة ، والذي يشكل أساس الطلاء ، بسبب تآكل الأقطاب الكهربائية القوس الكهربائي. من الممكن بشكل أساسي استخدام أشكال مختلفةقوس فراغ ثابت (قوس به كاثود بارد قابل للاستهلاك ؛ قوس به تفريغ موزع على كاثود استهلاكي ساخن ؛ قوس به كاثود مجوف غير قابل للاستهلاك يحترق في أبخرة مادة الأنود) ، يرجع وجودها إلى تدفق مختلف جوهريًا للعمليات المتسقة ذاتيًا لتوليد المواد وانبعاث الإلكترون من الكاثود. ومع ذلك ، فإن الشكل الأول فقط من القوس الفراغي وجد تطبيقًا واسعًا.

يتم تحقيق قوس كهربائي به كاثود بارد قابل للاستهلاك في نطاق الضغط من مئات الأجواء إلى انخفاض تعسفي وهو جهد منخفض (U = 10-30V) عالي التيار (I = 10 1-10 4 A) يحترق في التفريغ أبخرة مادة الكاثود. في هذه الحالة ، يتم توليد مادة الكاثود بواسطة نقاط الكاثود للقوس الفراغي. في بقع الكاثود ، تحدث أيضًا عمليات محلية لانبعاث إلكترون مكثف. يتناسب عدد نقاط الكاثود مع تيار القوس ، والكثافة الحالية في البقعة عالية جدًا وتبلغ 10 5-10 7 أمبير / سم 2 ، وتركيز الطاقة في بقعة الكاثود هو 10 7-10 8 واط / سم 2.

يتم تبخير مادة الكاثود من منطقة بقعة الكاثود (بأبعاد مميزة من 10-4-10-2 سم) تحت تأثير شعاع أيوني منخفض الجهد. في هذه الحالة ، يتم إرجاع جزء من نواتج التبخر على شكل تيار أيوني إلى الكاثود (يدعم عمليات توليد وانبعاث الإلكترونات) ، ويدخل الباقي إلى حجم النظام ، مكونًا البلازما ، التي تشكل منتج جيل فعال. تحتوي منتجات التوليد ، التي يتم تحديد تكوين الطور منها أساسًا حسب نوع مادة الكاثود ، على قطيرات صغيرة (أحجام جسيمات من عدة ميكرونات وأقل) ، وبخار ومراحل متأينة (أيونات متعددة التعددية). بالنسبة للمعادن المقاومة للصهر ، تقل حصة مرحلة السقوط عن 1٪ من إجمالي الاستهلاك ، بالنسبة للمعادن القابلة للانصهار - عشرات في المائة. هذه الطريقة فعالة بشكل خاص لتوليد بلازما من المعادن المقاومة للصهر.

أثناء تشغيل المبخر المعدني القوسي الكهربائي في تصميم محوري ، تميل بقع الكاثود إلى السطح الجانبي للكاثود (إلى المنطقة التي تكون فيها المسافة إلى الأنود ضئيلة). هذا يستبعد إمكانية ترسيب الفيلم على ركائز موجودة أعلى (أسفل) السطح النهائي للكاثود. لعقد بقع الكاثود على السطح النهائي للكاثود ، يتم استخدام نوعين من الهياكل.

1. المبخرات مع الاحتفاظ الكهروستاتيكي لبقع الكاثود. في الهياكل من هذا النوع ، يتم تغطية السطح الجانبي للكاثود ، والذي لا يخضع للتبخر ، بواسطة شاشة معزولة عن أقطاب المبخر. بقعة الكاثود ، التي تقع على السطح الجانبي للكاثود (تحت الشاشة) ، لم تعد موجودة ، لأن تدفق البلازما ، الذي يعمل كموصل تيار بين بقعة الكاثود والأنود ، قد توقف. للتشغيل العادي للمبخر بشاشة إلكتروستاتيكية ، يجب زيادة تيار القوس بحيث توجد نقطتا كاثود على الأقل في نفس الوقت على سطح الكاثود. في هذه الحالة ، عندما يتم إطفاء بقعة واحدة ، يتم دعم احتراق القوس بواسطة الآخرين. في كثير من الحالات ، تكون الزيادة في تيار القوس أمرًا غير مرغوب فيه ، حيث يؤدي ذلك إلى زيادة محتوى مرحلة القطرات من مادة الكاثود في الطلاءات المطبقة ، مما يقلل من جودتها. لذلك ، وجدت الإنشاءات من النوع الثاني أوسع تطبيق.

2. المبخرات مع الاحتفاظ المغناطيسي لبقع الكاثود.

يتم الاحتفاظ ببقع الكاثود على سطح التبخر للكاثود باستخدام مجال مغناطيسي. عندما تميل بقعة الكاثود إلى السطح الجانبي للكاثود ، فإن المكون الشعاعي للقوة الناشئة عن تفاعل التيار مع المجال المغناطيسي الموجه بزاوية يحافظ على بقعة الكاثود على سطح التبخر. هناك مشكلة خطيرة في تبخر القوس للكاثود البارد تتمثل في تآكل القطرات من بقعة الكاثود ، مما يتسبب في ظهور عيوب دقيقة في الفيلم المكثف ويمكن أن يؤدي إلى انخفاض في الخصائص التشغيلية للطلاء. يرتبط تكوين طور القطيرات بعمليات الكاثود لقوس الفراغ ويعتمد على الخصائص الفيزيائية الحرارية لمادة الكاثود ( حرارة نوعية، معامل الانتشار الحراري ، نقطة الانصهار ، الحرارة النوعية للانصهار ، نقطة الغليان ، ضغط البخار المشبع) ، حالة سطح العمل (وجود فطر دقيق ، تشققات) والحجم الداخلي (وجود شوائب غازية) ، وعلى المعلمات التكنولوجية الطلاء) تيار القوس ، انحياز التيار ، الضغوط الجزئية للغازات في غرفة التركيب).

وفقًا للأفكار الحالية ، يحدث انبعاث قطرات السائل من بقعة الكاثود للقوس الفراغي عندما تتشكل فوهات التعرية على سطح الكاثود ويرجع ذلك إلى تأثير ضغط البلازما على سطح المعدن السائل. لا تسمح آلية تشكيل مرحلة القطيرات بشرح الاعتماد التجريبي لمحتوى القطرات الدقيقة في الطلاء على محتوى شوائب الغاز في الكاثود (على وجه الخصوص ، حقيقة الغياب التام للقطرات الدقيقة في الطلاء عند الاستخدام كاثودات ذات محتوى غازي أقل من 10 -6٪). وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه أثناء عملية ذوبان الغشاء السائل من السطح الجانبي لحفرة التعرية ، يجب أن يحدث تمدد القطرات بشكل أساسي بزاوية صغيرة على سطح الكاثود. في هذه الأثناء ، في الطلاءات ، كقاعدة عامة ، يتم إصلاح القطرات ، والتي تنتشر في الاتجاه الطبيعي لسطح الكاثود. ويرتبط تكوينها ، وفقًا للمؤلفين ، بعمليات التبخير الحجمي (غليان الفقاعات) في بقعة الكاثود.

بناءً على هذه الآلية ، يمكن تمييز المعلمات المهمة ماديًا التالية لعملية تكوين القطرات الصغيرة: تركيز شوائب الغاز في الكاثود N 0 (يحدد عدد مراكز التبخير التي تسبب غليان النواة) ، وتركيز الطاقة في بقعة الكاثود q (يحدد سمك طبقة الذوبان ، وعمر الفقاعة في الذوبان ونصف قطر الفقاعة المقابل لمدة وجودها) ، وسرعة بقعة الكاثود (تحدد الإطار الزمني للعملية).

المعلمات الرئيسية التي تميز التركيبات لتطبيق الطلاء بطريقة القوس الكهربائي الفراغي

معدل التبخر المحدد - 2 10 -4 -5 10 -3 جم / (سم 2 ثانية) ؛

كفاءة عملية التبخر هي 2 · 10 -6 -10 -5 جم / جول ؛

درجة التأين - 10-90٪ ؛

طاقة الجسيمات المتولدة - 10-100 فولت ؛

معدل الترسيب ~ 5 نانومتر / ثانية.

تشمل المزايا الرئيسية لترسب الأغشية الرقيقة عن طريق تبخير القوس الكهربائي الفراغي ما يلي:

القدرة على التحكم بدقة في سرعة الطلاء عن طريق تغيير تيار القوس ؛

القدرة على التحكم في تكوين الطلاء باستخدام عدة كاثودات مصنوعة من مواد مختلفة أو كاثودات مركبة (متعددة المكونات) ؛

طاقة عالية من البلازما النفاثة ، مما يساهم في الحصول على التصاق عالي للطلاء ؛

درجة عالية من التأين ، مما يساهم في التكتل الفعال للنواة وتشكيل أغشية مستمرة بأقل سماكة ممكنة ؛

إمكانية الحصول على أغشية رقيقة من المركبات المعدنية عن طريق إدخال غاز التفاعل في الغرفة ؛

قابلية تصنيع عملية الترسيب ، مما يسمح باستخدام أجهزة الكمبيوتر للتحكم في العملية.

شعاع الإلكترون الاخرق epitaxy

ترسيب الفراغ الحراري له عدد من العيوب والقيود ، أهمها ما يلي:

يتطلب ترسيب الأغشية من المواد المقاومة للحرارة (W ، Mo ، SiO 2 ، Al 2 O 3 ، إلخ) درجات حرارة عالية على المبخر ، حيث يكون تلوث التدفق بمادة المبخر أمرًا لا مفر منه ؛

عندما يتم ترسيب السبائك ، يؤدي الاختلاف في معدل التبخر للمكونات الفردية إلى تغيير في تكوين الفيلم مقارنة بالتركيب الأولي للمادة الموضوعة في المبخر ؛

القصور الذاتي للعملية ، الذي يتطلب إدخال مخمد بمحرك كهرومغناطيسي في غرفة العمل ؛

سماكة الفيلم غير المستوية ، مما يؤدي إلى استخدام أجهزة تحريك الركيزة والأغشية التصحيحية.

ترجع العيوب الثلاثة الأولى إلى الحاجة إلى التسخين بدرجة حرارة عالية للمادة ، والآخر يرجع إلى الفراغ العالي في غرفة العمل.

يعتمد مبدأ تشغيل أجهزة الرش الأيوني على هذا الظواهر الفيزيائية، مثل تأين جزيئات الغاز ، يتوهج التفريغ في الفراغ ورذاذ المواد عن طريق القصف بالأيونات المتسارعة.

التأين هو عملية تحويل جزيئات الغاز المحايدة (الذرات والجزيئات) إلى أيونات موجبة الشحنة. جوهر هذه العملية على النحو التالي. يحتوي الغاز الموجود بين قطبين دائمًا على عدد قليل من الإلكترونات الحرة. إذا كان بين القطب الموجب والكاثود - إنشاء الحقل الكهربائي، سوف يسرع هذا المجال الإلكترونات الحرة. عند مواجهة جسيم غاز محايد ، يقوم الإلكترون الأولي المتسارع بإخراج إلكترون ثانوي منه ، مما يحول جسيم الغاز المحايد إلى أيون موجب الشحنة. وهكذا ، نتيجة الاصطدام ، يظهر زوج جديد من الجسيمات المشحونة: إلكترون ثانوي معطل وأيون موجب الشحنة.

يمكن تسريع الإلكترون الأساسي المنعكس والإلكترون الثانوي بدوره بواسطة مجال كهربائي ، وعند التفاعل مع جزيئات الغاز المحايدة ، يشكل كل منهما زوجًا من الجسيمات المشحونة. هذه هي الطريقة التي تتطور بها عملية تشبه الانهيار الجليدي لظهور نوعين من الجسيمات المشحونة في وسط غازي ، ويكون الغاز في الظروف الطبيعيةيصبح العازل الكهربائي موصلًا.

تشير الأفكار الحديثة حول عملية التفاعل التي تؤدي إلى التذبذب إلى أنه نتيجة لاختراق أيون إلى مادة ما ، تنشأ سلسلة من الاصطدامات المرنة الثنائية للذرات النازحة ، حيث يتم تبادل الطاقة والزخم بين الذرات. يبلغ متوسط ​​الوقت اللازم لتطوير سلسلة من الاصطدامات حوالي 2-10-13 ثانية. يمكن أن تكون النتيجة النهائية لسلسلة من الاصطدامات هي النقل إلى ذرة سطحية (في طبقة بسمك 1 نانومتر) من الطاقة الكافية والزخم اللازم للاتجاه المطلوب (في اتجاه واجهة الفراغ الصلب) للتغلب عليها قوى الربط على السطح ، مما يؤدي إلى الاخرق.

عملية الاخرق بواسطة القصف الأيوني هي عملية "باردة" ، لأن يتم إنشاء التدفق الذري للمادة على الركيزة عن طريق قصف سطح عينة صلبة (هدف) بأيونات غاز خامل وإثارة السطح الذري إلى طاقة تتجاوز طاقة الارتباط مع الذرات المجاورة. يتم إنشاء تدفق الأيونات اللازم لذلك في تفريغ الغاز الكهربائي ، حيث يجب أن يكون ضغط الغاز في غرفة العمل في حدود 0.1 × 10 باسكال ، أي عدة أوامر من حيث الحجم أعلى مما كانت عليه في غرفة ترسيب الفراغ الحراري.

يؤدي الظرف الأخير إلى تشتت تدفق الذرات من الهدف وزيادة في انتظام سمك الفيلم المترسب حتى ± 1٪ ، وبدون استخدام أجهزة إضافية.

تعتمد طريقة رش الأيونات على قصف هدف مصنوع من مادة مترسبة بجزيئات سريعة. تشكل الجسيمات التي خرجت من الهدف نتيجة القصف تدفقًا من المواد المترسبة ، والتي تترسب في شكل غشاء رقيق على ركائز تقع على مسافة من الهدف.

من العوامل المهمة التي تحدد الميزات التشغيلية وتصميم تركيبات الرش الأيوني طريقة توليد الأيونات التي تقصف الهدف. وفقًا لذلك ، تم تجهيز محطات رش الأيونات بنظام بسيط ثنائي القطب أو نظام مغنطرون.

2.1 الاخرق الكاثودي

طرق الاخرق الكاثود.

يوضح الشكل 6 أ خاصية الجهد الحالي للتفريغ. عندما يتم تطبيق جهد ثابت من عدة كيلوفولت ، يحدث انهيار في فجوة بين القطبين ، وزيادة سريعة في التيار ، وانخفاض الجهد في التفريغ (منطقة اشتعال التفريغ I). مع زيادة تيار التفريغ بسبب انخفاض المقاومة Rn ، تزداد مساحة هدف الكاثود التي يغطيها التفريغ ، وتظل كثافة تيار التفريغ وفولتية التفريغ ثابتة ومنخفضة ، ويكون معدل الرش منخفضًا ( منطقة التفريغ المتوهجة بشكل طبيعي II). في المنطقة الثالثة ، يتم تغطية المنطقة المستهدفة بالكامل بواسطة التفريغ ، وتؤدي الزيادة في تيار التفريغ إلى زيادة كثافة تيار التفريغ ، وفولتية التفريغ ، ومعدل الرش. تُستخدم المنطقة W ، التي تسمى منطقة تفريغ التوهج غير الطبيعي ، كمنطقة عمل في عمليات الرش بالكاثود. لمنع الانتقال إلى منطقة تفريغ القوس (المنطقة الرابعة) ، بشكل مكثف تبريد المياهأهداف وحدود التيار الكهربائي من حيث الطاقة.

على التين. 6 ب ، تم تمييز منطقة العمل III من CVC. انحدار السمة في هذه المنطقة يعتمد على ضغط غاز العمل ، في حالتنا ، الأرجون. نقطة التشغيل، الذي يميز أوضاع المعالجة - ضغط الغاز P ، التيار J p و جهد التفريغ U p ، يقع على خاصية الحمل الخاصة بمصدر الطاقة

(2.1)

حيث U p - جهد التغذية.

من ناحية أخرى ، فإن معدل الرش الهدف W g / cm 2 × s

(2.2)

حيث C هو معامل يميز نوع المادة المرشوشة ونوع غاز العمل ؛

U nk - انخفاض جهد الكاثود العادي (المنطقة II CVC) ؛

ي ع - كثافة تيار التفريغ ؛

d TP هو عرض مساحة الكاثود المظلمة.

يستنتج من (2.2) أن الحد الأقصى لمعدل الرش يتحقق عند الحد الأقصى من الطاقة المنبعثة في التفريغ. حسب خاصية الحمولة (2.1)

(2.3)

في نفس الوقت ، يتم تعريفه بوضوح القيمة المثلىضغط غاز العمل. يجب أن يمنع اختيار قيم U n و R n ، كما قيل ، الانتقال إلى منطقة تفريغ القوس ، حيث يتم إخراج الجسيمات الكبيرة من الهدف ويصبح ترسب فيلم رقيق بسماكة موحدة غير ممكن.

2.2 الاخرق المغنطروني

تشمل قيود ومساوئ عملية الرش بالكاثود ما يلي:

إمكانية رش المواد الموصلة فقط القادرة على بث الإلكترونات في التفريغ ، والتي تؤين جزيئات الأرجون وتحافظ على احتراق التفريغ ؛

معدل نمو منخفض للغشاء (وحدات نانومتر / ثانية) بسبب التشتت الكبير لذرات المواد المتناثرة في حجم غرفة العمل.

مجموعة متنوعة من الطرق القائمة على تفريغ الوهج هي رش المغنطرون. أنظمة رش أيونات المغنطرون هي أنظمة رش من نوع الصمام الثنائي يتم فيها إزالة ذرات المادة المتناثرة من السطح المستهدف عندما يتم قصفها بأيونات غاز عاملة (عادة الأرجون) المتولدة في بلازما التفريغ الشاذة. لزيادة معدل الرش ، من الضروري زيادة شدة القصف الأيوني للهدف ، أي كثافة تيار الأيونات على سطح الهدف. لهذا الغرض ، يتم استخدام المجال المغناطيسي B ، حيث تكون خطوط القوة موازية للسطح المرشوشة ومتعامدة مع خطوط القوة للمجال الكهربائي E.

يتم وضع الكاثود (الهدف) في تيار كهربائي متقاطع (بين الكاثود والأنود) ومجال مغناطيسي تم إنشاؤه بواسطة النظام المغناطيسي. إن وجود مجال مغناطيسي بالقرب من سطح الهدف المتناثر يجعل من الممكن تحديد موقع بلازما تفريغ الوهج الشاذ مباشرة على الهدف. أقواس خطوط القوة B يغلق بين أقطاب النظام المغناطيسي. السطح المستهدف ، الواقع بين نقاط الدخول والخروج من خطوط المجال B والمرشوش بشكل مكثف ، له شكل مسار مغلق ، يتم تحديد هندسته من خلال شكل أعمدة النظام المغناطيسي. عندما يتم تطبيق جهد ثابت بين الهدف (جهد سلبي) والأنود (احتمال إيجابي أو صفر) ، ينشأ مجال كهربائي غير متجانس ويتم تحفيز تفريغ توهج غير طبيعي. يتم التقاط الإلكترونات المنبعثة من الكاثود تحت تأثير القصف الأيوني بواسطة المجال المغناطيسي وتجد نفسها ، كما كانت ، في مصيدة تم إنشاؤها ، من ناحية ، بواسطة المجال المغناطيسي الذي يعيد الإلكترونات إلى الكاثود ، وعلى من ناحية أخرى ، من خلال سطح الهدف صد الإلكترونات. نتيجة لذلك ، تقوم الإلكترونات بحركة دائرية معقدة بالقرب من سطح الكاثود. في عملية هذه الحركة تخضع الإلكترونات للعديد من الاصطدامات مع ذرات الأرجون ، مما يوفر درجة عالية من التأين ، مما يؤدي إلى زيادة شدة القصف الأيوني للهدف ، وبالتالي زيادة كبيرة في معدل الرش.

المعلمات الرئيسية لأنظمة رش أيونات المغنطرون:

معدل الرش المحدد - (4-40) 10-5 جم / (سم 2 ثانية) ؛

كفاءة عملية التوليد (للنحاس) - 3 · 10 -6 جم / جول ؛

طاقة الجسيمات المتولدة - 10-20 فولت ؛

طاقة الجسيمات المترسبة هي 0.2-10.0 فولت ؛

معدل الترسيب 10-60 نانومتر / ثانية ؛

ضغط العمل - (5-50) 10-2 باسكال.

تشمل المزايا الرئيسية لأنظمة رش المغنطرون ما يلي:

سرعات رش عالية بجهد تشغيل منخفض (≈500 فولت) وضغط غاز عمل منخفض ؛

عيوب إشعاع منخفضة وعدم ارتفاع درجة حرارة الركيزة ؛

درجة صغيرة من تلوث الأفلام بشوائب غاز أجنبية ؛

إمكانية الحصول على أفلام ذات سماكة موحدة مساحة كبيرةركائز.

2.3 رش عالي التردد

بدأ استخدام الاخرق عالي التردد عندما كان من الضروري تطبيق العزل الكهربائي. عادة ما يتم رش المعادن والمواد شبه الموصلة بجهد ثابت على الهدف. إذا كانت المادة المستهدفة عازلة للكهرباء ، فعند وجود جهد ثابت على القطب المستهدف ، يتوقف الترطيب بسرعة ، لأن سطح العازل يكتسب جهدًا إيجابيًا أثناء القصف الأيوني ، وبعد ذلك يعكس جميع الأيونات الموجبة تقريبًا. لتنفيذ عملية الاخرق العازل ، من الضروري تحييد الشحنة الموجبة عليها بشكل دوري. لهذا الغرض ، يتم تطبيق جهد RF بتردد من 1 إلى 20 ميجاهرتز على لوحة معدنية تقع مباشرة خلف الهدف العازل المرشوشة (التردد 13.56 ميجاهرتز ، المسموح به للاستخدام الصناعي ، هو الأكثر استخدامًا في ترشاش الترددات الراديوية) ).

مع وجود نصف موجة سالبة للجهد على الهدف العازل (الكاثود) ، يحدث ترشاش كاثود عادي. خلال هذه الفترة ، يتم شحن سطح الهدف بالأيونات الموجبة ، ونتيجة لذلك يتوقف القصف الأيوني للهدف. عند نصف موجة موجبة الجهد ، يتم قصف الهدف بالإلكترونات ، والتي تعمل على تحييد الشحنة الموجبة على السطح المستهدف ، مما يسمح بالتبخير في الدورة التالية.

المعلمات الرئيسية التي يمكن تحقيقها في مواد الرش HF:

معدل الرش المحدد - 2 · 10 -7-2 · 10 -6 جم / (سم 2 ثانية) ؛

كفاءة عملية الرش (للنحاس) - 6 · 10 -7 جم / جول ؛

طاقة الجسيمات المتولدة - 10-200 فولت ؛

معدل الترسيب - 0.3-3.0 نانومتر / ثانية ؛

طاقة الجسيمات المودعة هي 0.2-20 فولت ؛

ضغط العمل في غرفة التركيب هو 0.5-2.0 باسكال.

2.4 رشش أيونات البلازما في تفريغ غاز غير مستدام ذاتيًا

في أنظمة الرش من هذا النوع ، يتم دعم احتراق تفريغ الغاز بمصدر إضافي (المجال المغناطيسي ، مجال الترددات الراديوية ، الكاثود الحراري). يوضح الشكل 7 نظام ترشيش ثلاثي الأقطاب يتم فيه استخدام كاثود حراري كمصدر إلكترون إضافي.

يصدر الكاثود الساخن (1) إلكترونات باتجاه القطب الموجب (3). يؤين هذا التدفق الغاز المتبقي ، مما يحافظ على احتراق التفريغ. يتم تطبيق جهد سلبي عالٍ على الهدف المبعثر (2) ، ونتيجة لذلك يتم سحب أيونات البلازما الموجبة (4) على الهدف وتقصف سطحه ، مما يؤدي إلى تطاير المادة المستهدفة. تقع الدعامات (5) مقابل الهدف ويتم ترسيب المواد المتناثرة عليها.

يتيح استخدام تصريف الغاز غير المستدام إمكانية تطبيق الطلاءات بضغط تشغيل منخفض في حجرة التركيب (5 10 -2 باسكال) ، مما يضمن انخفاض تركيز الغازات التي يلتقطها الفيلم ، وكذلك كزيادة في متوسط ​​طاقة الجسيمات المترسبة نتيجة لانخفاض عدد تصادمات الجزيئات المرشحة مع جزيئات الغاز عن طريق المسار إلى الركيزة.

يتم التحكم في معدل الرش في نظام الأقطاب الثلاثة المدروس بواسطة تيار الانبعاث الحراري ، والضغط في حجرة الإعداد ، والجهد المستهدف ، ويمكن أن يختلف على مدى واسع (1-1000 أمبير / دقيقة).

وبالتالي ، فإن مزايا أنظمة الرش بالثلاثي مقارنة بأنظمة رش الصمام الثنائي القياسية تشمل: معدلات ترسيب أعلى ؛ تقليل المسامية وزيادة نقاء الأفلام المترسبة ؛ زيادة التصاق الأفلام على الركائز.

الطريقة الكلاسيكية للحصول على أسطح نظيفة للعديد من المواد هي التبخير والتكثيف في الفراغ عالي الارتفاع. عادة ما تكون الأغشية الرقيقة من المعادن أو أشباه الموصلات الأولية التي يتم الحصول عليها عن طريق التبخر الفراغي متعددة البلورات أو غير متبلورة ، أي من المستحيل فيها تحديد اتجاه بلوري محدد للسطح.

يجب أن تضمن تقنية الهياكل متعددة الطبقات الجودة العالية لنمو مواد الهياكل ذات الطبقات وكمال الواجهات بين هذه المواد. فقط في هذه الحالة يمكن تحقيق الاحتمالات الكامنة في الشبكات الفائقة لأشباه الموصلات والهياكل المغناطيسية متعددة الطبقات.

للحصول على أغشية رفيعة عالية الجودة وهياكل متعددة الطبقات ، غالبًا ما تستخدم آليات النمو فوق المحور لمادة الفيلم على الركيزة أحادية البلورة المقابلة. الطريقة الأكثر استخدامًا هي epitaxy الشعاع الجزيئي (MBE) ، مما يجعل من الممكن تكوين طبقات بلورية واحدة مثالية من مواد مختلفة في ظل ظروف فراغ عالية جدًا. تم استخدام هذه الطريقة بنجاح في إنتاج أغشية رقيقة من أشباه الموصلات والمعادن والعوازل الكهربائية والمواد المغناطيسية والموصلات الفائقة عالية الحرارة والعديد من المواد الأخرى. حتى الآن ، تم تجميع قدر كبير بما فيه الكفاية من كل من البحث النظري والعمل العملي في هذا المجال ، لذا فإن تقنية MBE هي الطريقة الأكثر شيوعًا للحصول على أشباه الموصلات الفائقة والهياكل المغناطيسية متعددة الطبقات.

في السنوات الأخيرة ، أصبحت تقنية النمو من المرحلة الغازية باستخدام المركبات العضوية المعدنية (RGF MOS) منتشرة بشكل متزايد لتنمية شبكات أشباه الموصلات الفائقة. تستخدم هذه الطريقة أيضًا عملية النمو الفوقي للمواد على ركيزة ساخنة أثناء التحلل الحراري للمركبات المعدنية العضوية. لم تتم دراسة آليات النمو في طريقة RHF MOS بعمق كما هو الحال في MBE ؛ ومع ذلك ، فإن معظم مركبات أشباه الموصلات A III B V و A II B IV و A IV B VI تمت زراعتها بنجاح بهذه الطريقة.

من بين طرق النمو فوق المحور ، يمكن أيضًا استخدام epitaxy المرحلة السائلة ، حيث يتم الحصول على طبقات أحادية البلورة من محاليل مفرطة التشبع ملامسة للركيزة ، للحصول على شبكات فائقة من أشباه الموصلات. مع انخفاض درجة الحرارة ، يتم ترسيب كمية زائدة من أشباه الموصلات من المحلول على الركيزة ، وهو ما يرتبط بانخفاض قابلية ذوبان مادة أشباه الموصلات. يتم الحصول على أفضل النتائج من خلال epitaxy المرحلة السائلة لمركبات أشباه الموصلات من النوع A III B V ومحاليلها الصلبة. يتم الحصول على هياكل أشباه الموصلات متعددة الطبقات في مفاعلات متعددة الغرف من أجل epitaxy المرحلة السائلة عن طريق إنشاء تلامس متسلسل مع ذوبان مختلف.

يمكن الحصول على أغشية مغناطيسية رقيقة وهياكل مغناطيسية متعددة الطبقات من خلال طرق رش مختلفة ، بما في ذلك الرش عالي التردد والمغنطرون. تتيح هذه الطرق الحصول على طبقات من أي تكوين عمليًا. يعتقد بعض الباحثين أن أفضل الفرص لتقنية الهياكل المغناطيسية متعددة الطبقات هي أساليب مختلفةترسب كهربائيا.

3.1 آليات النمو فوق المحور للأغشية الرقيقة

تصبح القضايا المتعلقة بآليات النمو مهمة للغاية عند إنشاء هياكل غير متجانسة وهياكل متعددة الطبقات ، والتي تتطلب أعلى درجة من تجانس التركيب بسماكة أقل من 100.

أهم العمليات الذرية الفردية المصاحبة للنمو الفوقي هي كما يلي:

امتزاز الذرات أو الجزيئات المكونة على سطح الركيزة ؛

الهجرة السطحية للذرات وتفكك الجزيئات الممتصة ؛

ربط الذرات بالشبكة البلورية للطبقة التحتية أو الطبقات فوق المحورية التي نمت في وقت سابق ؛

الامتصاص الحراري للذرات أو الجزيئات غير المدمجة في الشبكة البلورية.

يتم تحديد التكثيف على ركيزة مادة جديدة من الطور الغازي بمعدل تصادم الذرات أو الجزيئات مع الركيزة (عدد الجسيمات التي تصل لكل وحدة زمنية لكل وحدة مساحة)

(3.1)

حيث p هو ضغط البخار ، M هو الوزن الجزيئي للجسيمات ، k هو ثابت بولتزمان ، و T هي درجة حرارة المصدر.

يمكن للجسيم المكثف من الطور الغازي أن يترك سطح الركيزة على الفور أو ينتشر فوق السطح. يمكن أن تؤدي عملية الانتشار السطحي إلى امتزاز جسيم على سطح الركيزة أو فيلم متنام أو إلى عملية تجميع سطحي مصحوبة بتكوين طور بلوري جديد من المادة المكثفة على سطح النواة. يحدث امتزاز الذرات الفردية ، كقاعدة عامة ، في خطوات النمو أو عيوب أخرى. العملية الذرية للانتشار ، والتي يتم فيها تبادل ذرات الفيلم والركيزة دورا هاماأثناء النمو فوق المحور. نتيجة لهذه العملية ، تصبح الحدود بين الركيزة والفيلم المتنامي أكثر سلاسة.

يمكن وصف العمليات السطحية المصاحبة للنمو الفوقي أثناء MBE من الناحية الكمية. تتميز كل من العمليات الذرية الفردية التي تمت مناقشتها أعلاه بطاقة التنشيط الخاصة بها ويمكن تمثيلها في التقريب الأول بواسطة قانون أسي. معدل الامتصاص ، على سبيل المثال

(3.2)

حيث E d هي طاقة التنشيط لعملية الامتصاص ، T s هي درجة حرارة الركيزة.

على مستوى الظواهر ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية لنمو الأغشية فوق المحورية الرقيقة:

1. نمو طبقة تلو الأخرى. مع آلية النمو هذه ، تبدأ كل طبقة لاحقة من الفيلم في التكون فقط بعد اكتمال نمو الطبقة السابقة بالكامل. تسمى آلية النمو هذه أيضًا بنمو Frank-van der Merve (FM). يحدث النمو طبقة تلو الأخرى عندما يكون التفاعل بين الركيزة وطبقة الذرات أكبر بكثير من التفاعل بين أقرب ذرات في الطبقة. يظهر في الشكل 2 تمثيل تخطيطي لنمو غشاء طبقة تلو طبقة لتغطية مختلفة  (في كسور الطبقات الأحادية الطبقة ML). 8 ، أ.

2. نمو الجزر أو نمو فولمر ويبر (نمو الجزيرة ، فولمر ويبر ، فولكس فاجن). هذه الآلية هي عكس نمو طبقة تلو الأخرى. شرط تنفيذه هو غلبة التفاعل بين أقرب الذرات على تفاعل هذه الذرات مع الركيزة. مع آلية النمو الجزرية ، تستقر المادة منذ البداية على السطح في شكل تكتلات من الذرات متعددة الطبقات (انظر الشكل 8 ب).

3. وسيط بين هاتين الآليتين نمو Stransky-Krastanov (SK ، layer-plus-islandgrows) ، حيث تغطي الطبقة الأولى بالكامل سطح الركيزة ، وتنمو عليها جزر فيلم ثلاثية الأبعاد. يمكن أن تؤدي العديد من العوامل إلى هذه الآلية ، على وجه الخصوص ، تباين كبير إلى حد ما بين معلمات المشابك البلورية للفيلم والركيزة (انظر الشكل 8 ج).

يمكن الحصول على الحالة التي تحدد تنفيذ آلية نمو أو أخرى من تحليل العلاقات بين معاملات التوتر السطحي بين الركيزة والفراغ  S ، بين الفيلم والفراغ F وبين الركيزة والفيلم  S / F (الشكل 9).

معامل التوتر السطحي للسطح يساوي الطاقة الحرة لسطح الوحدة. وفقًا لذلك ، تحدد هذه المعاملات قوى التوتر السطحي التي تعمل لكل عنصر طول وحدة من الواجهة. وفقًا لهذا التعريف ، فإن القوة dF التي تعمل على عنصر متناهي الصغر dl للواجهة بين وسيطين تساوي

من حالة التوازن لأي عنصر من طول خط التلامس للركيزة ، جزيرة فيلم ثلاثية الأبعاد والفراغ (الشكل 9.) نحصل عليها

أين  - زاوية الاتصال ، أي الزاوية المتكونة من الظل على سطح جزيرة الفيلم وسطح الركيزة.

إذا كانت زاوية التلامس صفر ، فإن الجزيرة "تنتشر" طبقة رقيقةفوق سطح الركيزة ، والذي يتوافق مع آلية نمو طبقة تلو طبقة. تؤدي هذه الحالة إلى العلاقة التالية بين معاملات التوتر السطحي:

، نمو طبقة تلو طبقة (3.4)

إذا ، تم تحقيق آلية نمو الجزيرة ، وحالتها

نمو جزيرة (3.5)

للحصول على اشتقاق أكثر اكتمالا للظروف التي تتحقق فيها آلية نمو واحدة أو أخرى ، من الضروري مراعاة التأثير على حالة التوازن بين الفيلم المُشكل والركيزة لمرحلة الغاز في منطقة نمو الفيلم.

غالبًا في الأدبيات ، يتم النظر في آلية نمو أخرى - هطول الأمطار الإحصائي. مع آلية نمو الغشاء هذه ، توجد ذرات المادة المترسبة على السطح وفقًا لتوزيع بواسون كما لو تم إلقاؤها بالصدفة وستلتصق ببساطة في مكان الاصطدام.

3.2 شعاع شعاع الجزيئي

يُعد التصلب الشعاعي الجزيئي (MBE) في الأساس تطورًا لإتقان تقنية الترسيب الفراغي للأغشية الرقيقة. يرتبط اختلافها عن التقنية الكلاسيكية للترسيب بالفراغ بمستوى أعلى من التحكم في العملية. في طريقة MBE ، تتشكل طبقات رقيقة أحادية البلورة على ركيزة بلورية مفردة ساخنة بسبب التفاعلات بين الحزم الجزيئية أو الذرية وسطح الركيزة. تعزز درجة الحرارة المرتفعة للركيزة هجرة الذرات فوق السطح ، ونتيجة لذلك تحتل الذرات مواقع محددة بدقة. هذا يحدد النمو البلوري الموجه للفيلم المشكل على ركيزة بلورة واحدة. يعتمد نجاح عملية epitaxy على النسبة بين المعلمات الشبكية للفيلم والركيزة والنسب المختارة بشكل صحيح بين شدة الحزم الساقطة ودرجة حرارة الركيزة. عندما ينمو فيلم أحادي البلورة على ركيزة تختلف عن مادة الفيلم ولا تدخل في تفاعل كيميائي معها ، فإن هذه العملية تسمى heteroepitaxy. عندما لا تختلف الركيزة والفيلم في التركيب الكيميائي أو يختلفان قليلاً عن بعضهما البعض ، فإن العملية تسمى homoepitaxy أو autoepitaxy. يسمى النمو الموجه لطبقات الفيلم ، والذي يدخل في تفاعل كيميائي مع مادة الركيزة ، التكاثر الكيميائي. تحتوي الواجهة بين الفيلم والركيزة على نفس التركيب البلوري مثل الركيزة ، ولكنها تختلف في التركيب عن كل من مادة الفيلم ومواد الركيزة.

بالمقارنة مع التقنيات الأخرى المستخدمة في زراعة الأغشية الرقيقة والهياكل متعددة الطبقات ، تتميز MBE في المقام الأول بمعدل نمو منخفض ودرجة حرارة نمو منخفضة نسبيًا. تشمل مزايا هذه الطريقة إمكانية الانقطاع المفاجئ والاستئناف اللاحق لتزويد الحزم الجزيئية للمواد المختلفة لسطح الركيزة ، وهو الأمر الأكثر أهمية في تكوين هياكل متعددة الطبقات ذات حدود حادة بين الطبقات. تساهم أيضًا إمكانية تحليل بنية الطبقات النامية وتكوينها وتشكلها أثناء تكوينها من خلال انعكاس الإلكترون عالي الطاقة (HEED) والتحليل الطيفي للإلكترون (AES) في الحصول على هياكل فوقية مثالية.

أدناه في الشكل 10. يظهر رسم تخطيطي مبسط لغرفة نمو MBE.

يتم تبخير المواد المودعة في فراغ عالي للغاية على ركيزة مثبتة على مناور بجهاز تسخين باستخدام خلايا الانصباب (الانصباب هو تدفق بطيء للغازات من خلال ثقوب صغيرة). يظهر مخطط خلية الانصباب في الشكل 11. خلية الانصباب عبارة عن زجاج أسطواني مصنوع من نيتريد البورون الحراري أو الجرافيت عالي النقاء. يوجد على قمة البوتقة ملف تسخين مصنوع من سلك التنتالوم ودرع حراري ، وعادة ما يكون مصنوعًا من رقائق التنتالوم.

يمكن أن تعمل خلايا الانصباب في نطاق درجة حرارة يصل إلى 1400 درجة مئوية وتتحمل التسخين قصير المدى حتى 1600 درجة مئوية. لتبخير المواد المقاومة للحرارة المستخدمة في تقنية الأغشية المغناطيسية الرقيقة والهياكل متعددة الطبقات ، يتم تسخين مادة التبخير عن طريق القصف الإلكتروني. يتم التحكم في درجة حرارة المادة المبخرة بواسطة مزدوج حراري من التنجستن والرينيوم مضغوط على البوتقة. يتم تركيب المبخر على شفة منفصلة ، توجد عليها منافذ كهربائية لتشغيل السخان والمزدوج الحراري. كقاعدة عامة ، توجد عدة مبخرات في غرفة نمو واحدة ، يحتوي كل منها على المكونات الرئيسية للأغشية والمواد المشبعة.

غرف النمو للمجمعات التكنولوجية الحديثة MBE عادة ما تكون مجهزة بمطياف كتلة رباعي لتحليل الغلاف الجوي المتبقي في الغرفة والتحكم في تكوين العناصر خلال العملية التكنولوجية بأكملها. للتحكم في بنية وتشكل الهياكل الفوقية المشكلة ، يوجد أيضًا مقياس حيود للإلكترونات السريعة المنعكسة في غرفة النمو. يتكون مقياس الحيود من مسدس إلكتروني يولد شعاعًا إلكترونيًا جيد التركيز بطاقات تتراوح من 10 إلى 40 كيلو إلكترون فولت. شعاع الإلكترون يقع على الركيزة زاوية صغيرةإلى مستواها ، تعطي موجات الإلكترون المتناثرة نمط حيود على شاشة مضيئة. غالبًا في غرف النمو أو في مجمعات MBE متعددة الغرف ، تحتوي غرفة التحضير والتحليل للركائز والهياكل فوق المحورية على مسدس إلكتروني مزود بمحلل طاقة للإلكترونات الثانوية ومسدس أيوني لتنظيف الركائز عن طريق الحفر الأيوني وتحليل طبقة تلو الأخرى تكوين الهياكل فوق المحورية.

تقع منطقة حجرة النمو الأكثر أهمية للعملية التكنولوجية بين خلايا الانصباب والركيزة (الشكل 10). يمكن تقسيم هذه المنطقة إلى ثلاث مناطق موضحة في الشكل بالأرقام الأول والثاني والثالث. المنطقة الأولى هي منطقة توليد الحزم الجزيئية ؛ في هذه المنطقة ، لا تتقاطع الحزم الجزيئية التي تشكلها كل خلية من خلايا الانصباب ولا تؤثر على بعضها البعض. في المنطقة الثانية (المنطقة الثانية - منطقة خلط العناصر المتبخرة) ، تتقاطع الحزم الجزيئية ويحدث الاختلاط المكونات المختلفة. المنطقة الثالثة ، منطقة التبلور ، تقع في المنطقة المجاورة مباشرة لسطح الركيزة. في هذه المنطقة ، يحدث النمو الفوقي أثناء التصلب الشعاعي الجزيئي.

في الصناعة ، تُستخدم الآن مختبرات الأبحاث والمجمعات الآلية متعددة الوحدات لتضخم الحزمة الجزيئية على نطاق واسع. الوحدة النمطية هي جزء من التثبيت ، وتتميز بميزات وظيفية وتصميمية. تنقسم الوحدات إلى تكنولوجية ومساعدة. تهدف كل وحدة تكنولوجية إلى تنفيذ عملية تكنولوجية معينة (تنظيف الركائز وتحليل حالة سطحها ، وتضخم أغشية أشباه الموصلات ، وترسب المعادن والعوازل الكهربائية ، وما إلى ذلك). الوحدات المساعدة هي ، على سبيل المثال ، وحدة لتحميل وتفريغ الركائز ، ووحدة للإخلاء الأولي وتفريغ غرف التفريغ ، وما إلى ذلك اعتمادًا على المهام التكنولوجية ، يمكن تجهيز مجمع MBE بعدد مختلف من الوحدات المتخصصة المترابطة بواسطة أجهزة بوابة ونظام لنقل الركائز والعينات من وحدة إلى أخرى دون كسر الفراغ.

ترتبط الاتجاهات في تطوير التطورات في اتجاه إنشاء منشآت لـ MBE مع الاستخدام المتزايد للمعدات التحليلية المدمجة وأتمتة العملية التكنولوجية ، مما يجعل من الممكن تحسين استنساخ خصائص الهياكل الفوقية المزروعة و إنشاء هياكل معقدة متعددة الطبقات. يتم تمثيل المعدات التحليلية للمجمع في وحدة PAP بواسطة مطياف أوجيه مدمج ومسدس أيوني لتنظيف الركائز وتنميط أوجيه. تحتوي كل من وحدات EPS و EPM على مطياف الكتلة لمراقبة الغازات المتبقية والحزم الجزيئية ومقياس انعكاس الإلكترون السريع المنعكس لمراقبة بنية وتشكل الطبقات فوق المحورية أثناء النمو. بالإضافة إلى نظام الفراغ الميكانيكي ، يشتمل المجمع على نظام آلي للتحكم في العمليات يسمح لك بالتحكم المستقل والمتزامن في العمليات التكنولوجية ، سواء تحت سيطرة المشغل أو في الوضع التلقائي.

تستخدم الأفلام الرقيقة على نطاق واسع في الهندسة مثل الطلاء المقاوم للاهتراء ، والمقاومة للتآكل ، والمضاد للاحتكاك ، والطلاء الواقي المزخرف ، وغيرها من الطلاءات. لقد وجدوا تطبيقًا واسعًا في البصريات (مرشحات الاستقطاب ، مقسمات الحزمة ، الطلاءات المضادة للانعكاس ، إلخ) وفي صناعة الإلكترونيات في تصنيع الأجهزة والدوائر المتكاملة (جهات الاتصال الأومية ، والمسارات الحاملة للتيار ، وتصنيع المكثفات ، والأجهزة على المغناطيسية الأفلام والأفلام فوقية أشباه الموصلات).

المؤلفات

1. Epifanov G. I. ، Moma Yu. A. المبادئ الفيزيائية لتصميم وتكنولوجيا REA و EVA: كتاب مدرسي للجامعات. - م: الإذاعة السوفيتية 1979. - 352 ص.

2. الترسيب الفراغي للأفلام في حجم شبه مغلق. M.، "الإذاعة السوفيتية" ، 1975 ، 160 صفحة / Yu. Z. Bubnov ، M. S. Lurie ، F.G Staros ، G. A. Filaretov.

3. تكنولوجيا أجهزة أشباه الموصلات والمنتجات الإلكترونية الدقيقة. في 10 كتب: Proc. بدل للمدارس المهنية. الكتاب. 6. ترسيب الأفلام في فراغ / Minaichev V. E. - M: Vyssh. المدرسة 1989. - 110 ص: مريض.

4. Efimov I. E. وآخرون. الإلكترونيات الدقيقة. الأسس المادية والتكنولوجية ، الموثوقية. بروك. بدل للجامعات. م: "أعلى. المدرسة "، 1977. - 416 ص. من المرض.

5. G. D. Karpenko و V. L. Rubinshtein ، الطرق الحديثة لتوليد مادة مترسبة في تطبيق طلاء الأغشية الرقيقة في الفراغ. مينسك: BelNIINTI ، 1990 - 36 صفحة.

6. Kostrzhitsky A. I. ، Lebedinsky. طلاء الفراغ متعدد المكونات. -M: "الهندسة" ، 1987 - 207 ص.

7. Butovsky KG ، Lyasnikov VN الطلاء بالرش ، التكنولوجيا والمعدات. - ساراتوف: محكمة ولاية ساراتوف. تقنية. جامعة "، 1999 - 117 ص.

8. Kudinov V. V. ، Bobrov G. V. تطبيق الطلاءات عن طريق الرش. النظرية والتكنولوجيا والمعدات. - م: "علم المعادن" 1992 - 431 ص.

9. O. S. Trushin ، V. F. Bochkarev ، V. V. Naumov. محاكاة عمليات النمو فوق المحور للأغشية تحت ظروف ترسيب البلازما الأيونية. // Microelectronics، 2000، Volume 29، №4، pp.296-309

التنقل:

تتكون عملية الترسيب بالفراغ من مجموعة من الطرق لترسيب الطلاءات (الأغشية الرقيقة) في كرة فراغ ، حيث يأتي التعويض بفعل التكثيف المباشر للبخار الناجم عن العنصر.

هناك المراحل التالية للترسيب بالفراغ:

• إنتاج الغازات (البخار) من المكونات التي تنتج التعويض ؛
• نقل البخار إلى الركيزة ؛
• تراكم الأبخرة في الركيزة وخلق الاخرق ؛

تتضمن قائمة طرق الترسيب الفراغي الحركات العلمية والتقنية التالية ، بالإضافة إلى الأنواع السريعة لهذه العمليات.

قائمة طرق الرش الحراري:

• التبخر بحزمة كلفانية ؛
• التبخر بأشعة الليزر.

تبخر القوس الفراغي:

• تبخرت المادة الخام في بقعة الكاثود ، والقوس الكهربائي هو المسؤول عن ذلك ؛
• Epitaxy باستخدام شعاع جزيئي.

نثر الأيونات:

• يتم رش المواد الخام الأصلية عن طريق قصف الحزمة الأيونية والتأثير على الركيزة.

طلب

يتم استخدام تعويض الفراغ لتطوير المكونات والأجهزة وآليات الطلاء التشغيلي داخل الطائرة - الموصلات ، والعوازل ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة الاحتكاك ، ومقاومة الاستيلاء ، والحاجز وغيرها. تُستخدم هذه التلاعبات في طلاء الطلاءات الزخرفية ، على سبيل المثال ، عند تجميع حركات الساعة بسطح مذهب وطلاء إطارات النظارات. من أهم عمليات الإلكترونيات الدقيقة ، حيث يتم استخدامها لغرض تطبيق الطبقات الموصلة (المعدنة). يستخدم تعويض الفراغ لاستخراج الطلاءات الضوئية: مضاد للانعكاس ، عاكس ، ترشيح.

يمكن إدخال غاز نشط كيميائيًا ، على سبيل المثال ، الأسيتيلين (لغرض الطلاء الذي يدخل الكربون) ، والفضاء الجوي غير المعدني ، في المجال العلمي والتقني. تشيم. يتم تشغيل الاستجابة في مستوى الركائز عن طريق التسخين ، أو عن طريق التأين وتفكك الغازات في أحد تكوينات نظام الغاز.

بفضل استخدام طرق الترسيب بالفراغ ، يتم الحصول على طلاء يمكن أن يكون سمكه عدة أنجستروم أو يصل إلى العديد من الميكرونات ، كقاعدة عامة ، نتيجة للترسيب ، لا يتطلب السطح معالجة إضافية.

طرق الترسيب الفراغي

يعتمد مصير كل حبة من المكونات التي يتم رشها عند الاصطدام بالسطح ، والمكونات ، على طاقتها ودرجة حرارة سطحها وكيميائها. تقارب عناصر ومكونات الفيلم. تتمتع الذرات أو الجزيئات التي وصلت إلى المستوى بكل فرصة إما أن تنعكس منه ، أو أن يتم امتصاصها ، وبعد فترة زمنية معينة ، لتركها (الامتزاز) ، أو أن يتم امتصاصها وإنشاء مكثف في المستوى ( مانع التسرب). في طاقات الحبوب العالية ودرجة حرارة الطائرة العالية والمواد الكيميائية غير المهمة تقارب ، ينعكس العنصر على السطح. تسمى درجة حرارة مستوي الجزء الذي فوقها تنعكس جميع الجسيمات منه ولا تتشكل الطبقة ، درجة حرارة الترسيب الفراغي الخطيرة ، وتعتمد أهميتها على طبيعة عناصر الفيلم ومستوى المكونات وعلى حالة الطائرة. في التدفقات المنخفضة للغاية للعناصر القابلة للتبخر ، بما في ذلك الحالة عندما يتم امتصاص هذه الجسيمات في المستوى ، ولكن نادرًا ما تحدث مع جزيئات أخرى مماثلة ، فإنها تمتص ولا يمكنها إنشاء نوى ، أي أن الطبقة لا تنمو على الإطلاق. التكرار الخطير لتدفق المكونات التبخرية لدرجة حرارة معينة للمستوى هو أقل كثافة تتكثف فيها الجسيمات وتشكل غطاء.

رش البلازما الفراغي

وفقًا لهذه الطريقة ، يتم الحصول على أغشية رقيقة بسمك 0.02-0.11 ميكرومتر نتيجة للتسخين والتطاير وترسب المكون على الركيزة في غرفة منفصلة تحت ضغط الغاز المضغوط فيها. في الغرفة ، بمساعدة مضخة التفريغ ، يتم إنشاء أكبر تأثير للغازات المتبقية ، حوالي 1.2 × 10-3 باسكال.

غرفة العمل عبارة عن معدن أو غطاء زجاجيمع مفهوم تبريد المياه الخارجية. تقع الحجرة في اللوحة المركزية وتخلق اتصالًا محميًا من الفراغ معها. يتم تثبيت الركيزة التي يتم فيها الترسيب على الحامل. يوجد سخان بجوار الركيزة ، والذي يقوم بتسخين الركيزة حتى 2400-4400 درجة مئوية من أجل تحسين التصاق الفيلم المترسب. يشتمل المكثف على سخان ومصدر للمكون المرشوشة. يغلق المثبط الانتقالي تدفق البخار من المبخر إلى الركيزة. يستمر التعويض طوال المدة الزمنية التي لا يتم فيها إغلاق المصراع.

لتسخين المكون المرشوشة ، يتم استخدام نوعين من المبخرات بشكل أساسي:

• مبادل حراري متعدد الأسلاك أو ثنائي الشرائط يتم تسخينه مباشرة من التنجستن أو الموليبدينوم ؛
• المبخرات الإلكترونية الشعاعية مع تسخين المكون المتبخر بالقصف الجلفاني.

يستخدم التطاير المتفجر لإيداع أغشية من عناصر متعددة المكونات. في هذه الحالة ، يتم تسخين المكثف حتى 15000 درجة مئوية ورشها بمسحوق من خليط من العناصر القابلة للتبخير. بطريقة مماثلةمن الممكن الحصول على الطلاءات المركبة.

بعض عناصر الطلاء الشائعة (على سبيل المثال ، الذهب) لديها التصاق ضعيف بالسيليكون وعناصر أشباه الموصلات الأخرى. في حالة الالتصاق منخفض الجودة لعنصر التبخر بالركيزة ، يتم وضع التبخر في طبقتين. أولاً ، يتم تطبيق طبقة من سبيكة فوق الركيزة ، والتي تتمتع بالتصاق ممتاز مع ركيزة أشباه الموصلات. ثم يتم رش الطبقة الرئيسية ، حيث كان الالتصاق بالطبقة الفرعية ممتازًا في السابق.

ترسيب الفراغ الأيوني

تتكون هذه الطريقة من رش عنصر المكون المسبب الموجود أمام الإمكانات السلبية بسبب القصف بأيونات غاز غير نشط يحدث أثناء إثارة تفريغ توهج داخل تركيب ترسيب الفراغ.

يتم رش مادة القطب السالب الشحنة تحت تأثير الذرات المتأينة لغاز غير نشط يضربها. تترسب هذه الذرات الانتقالية المتناثرة فوق الركيزة. الميزة الرئيسية لطريقة ترسيب الفراغ الأيوني هي عدم الحاجة إلى تسخين المبخر إلى درجة حرارة عالية.

آلية حدوث التفريغ الفائض. تتم مراقبة التفريغ المتحلل في غرف ذات ضغط غاز منخفض بين قطبين معدنيين ، حيث يتم تطبيق جهد عالٍ يصل إلى 1-3 كيلو واط. في هذه الحالة ، عادة ما يكون القطب السالب مؤرضًا. الكاثود هو هدف مع عنصر متقطع. يتم إخلاء المجال الجوي مبدئيًا من الغرفة ، ثم يبدأ الغاز حتى ضغط 0.6 باسكال.

حصل تفريغ الوهج على اسمه بسبب وجود ما يسمى توهج الوهج في الهدف (الكاثود). يرجع هذا الإشعاع إلى الانخفاض الكبير في السعة في الخزان الضيق لشحنة الفضاء بالقرب من الكاثود. بجوار منطقة TC توجد بقعة فاراداي المظلمة ، والتي تمر في العمود الموجب ، وهو جزء مستقل من التفريغ ، وهو غير مناسب تمامًا لطبقات التفريغ الأخرى.

بالقرب من الأنود ، بالإضافة إلى ذلك ، توجد طبقة صغيرة من الشحنات الفضائية تسمى طبقة الأنود. يتم التقاط عنصر آخر من فجوة القطب الكهربائي بواسطة البلازما شبه المحايدة. بطريقة مماثلة ، يتم تعقب وهج نقطي من خطوط داكنة وخفيفة بالتناوب في الكاميرا.

من أجل مرور التيار بين الأقطاب الكهربائية ، من الضروري وجود انبعاث ثابت لإلكترونات الكاثود. يمكن أن يحدث هذا الانبعاث تحت الضغط عن طريق تسخين الكاثود ، أو عن طريق تشعيعه بالأشعة فوق البنفسجية. هذا النوع من الإفرازات غير مستدام ذاتيًا.

طلاء الألمنيوم بالفراغ

في بعض الحالات ، خاصة عند رش البلاستيك ، يتم استخدام طلاء الألمنيوم ، وهذا المعدن هو مادة خام خفيفة إلى حد ما وليس مقاومًا للتآكل على الإطلاق ، وفي هذه الحالة خاصة معينة الأساليب العلمية والتقنية. يحتاج المستخدم إلى فهم أنه من الأفضل الحفاظ على المكونات المماثلة من التلوث فور الختم ، بالإضافة إلى أنه من غير المرغوب فيه استخدام مساحيق التشحيم والمساحيق المختلفة في القوالب.

الترسيب الفراغي للمعادن

يُسمح بتسخين المعادن التي لا يمكن أن تتبخر إلا عند درجة حرارة أقل من منطقة الانصهار الخاصة بها عن طريق التيار المباشر ، ويتم تبخير ترتيبات الفضة والذهب في الحمامات المكوكية مع التنتالوم أو التنجستن. يجب إجراء التعويض في غرفة بضغط أقل من 10-3 مم زئبق. فن.

رش الفراغ بالبلازما الأيونية

لحدوث تفريغ توهج مستقل ، من الضروري التسبب في انبعاث الإلكترونات من الكاثود عن طريق تطبيق جهد عالٍ من 2-4 كيلو واط بين الأقطاب الكهربائية. إذا تجاوز الجهد المطبق سعة تأين الغاز في الغرفة (عادةً Ar) ، في هذه الحالة ، نتيجة تصادم الإلكترونات مع جزيئات Ar ، يتأين الغاز ليشكل أيونات Ar + مشحونة إيجابياً. نتيجة لذلك ، يظهر تفريغ بصري صغير ، وبالتالي ، مجال كهربائي قوي في منطقة الفضاء الكاثود الأسود.

تقوم أيونات Ar + ، التي تكتسب الطاقة في المنطقة المقدمة ، بإخراج ذرات عنصر الكاثود ، في نفس الوقت ، مما يؤدي إلى انبعاث الإلكترونات الجانبية من الكاثود. هذا هو الانبعاث الذي يحافظ على التفريغ المستقل للتوهج. تصل ذرات الانتقال من عنصر الكاثود إلى الركيزة وترسب على مستواها.

وحدة الرش الفراغي UVN

التصميم مسلح بمجموعة كبيرة من الأدوات والأجهزة الحديثة ، والتي تضمن ترسيب طلاء المعادن من توليفاتها وسبائكها بخصائص ثابتة ، والتصاق ممتاز وتوحيد عالي وفقًا لجزء من المنطقة.

مجمع الأجهزة والأجهزة المتضمنة في هيكل الجهاز:

• مصدر التحكم في نظام الفراغ شبه الأوتوماتيكي ؛
• نظرية الاخرق المغنطروني في تيار مستقر ؛
• مفهوم التدفئة (مع التحكم في درجة الحرارة المحددة وصيانتها) ؛
• مفهوم تنظيف البضائع التي تم رشها في منطقة التصريف الفائض ؛
• مفهوم نقل المنتجات في مجال الفراغ ؛
• مقياس الفراغ العددي
• مفهوم السيطرة على مواجهة نمو الأفلام ؛
• مزود الطاقة العاكس للمغنيترونات.

مرحبا يا اصدقاء.

لذا ، بدأت القصة قبل ذلك بقليل ، عندما حصلنا على غرفة مفرغة. لم يكن طريقها إلينا قريبًا ويمكن وصفه في قصة منفصلة ، لكن هذه ، كما يقولون ، "قصة مختلفة تمامًا". لا يسعني إلا أن أقول إنه حتى قبل ذلك جلب للناس بعض الفوائد في أحد مختبرات جامعة غوتنغن.

أول شيء بدأنا في استخدام غرفة التفريغ به هو تجربة طريقة الترسيب الحراري للمعادن على الركائز. الطريقة بسيطة وقديمة قدم العالم. يتم وضع الهدف من المعدن المتطاير ، على سبيل المثال ، الفضة ، في بوتقة الموليبدينوم. توضع حوله عنصر التسخين. استخدمنا سلك سبائك التنغستن والرينيوم ، والذي تم جرحه في دوامة.

يبدو جهاز الرش الحراري الكامل كما يلي:

أدوات الرش الحراري للمعادن. أ. مجمعة ( شاشة واقيةوإزالة الصمام). التعيينات: 1 - بوتقة ، 2 - عنصر تسخين ، 3 - خط بخار ، 4 - رصاص حالي ، 5 - مزدوج حراري ، 6 - إطار عينة.

بعد مرور التيار (يذهب إلى حجرة التفريغ من خلال سدادات الضغط) ، يسخن اللولب ، ويسخن القارب ، حيث تسخن المادة المستهدفة أيضًا وتتبخر. ترتفع سحابة من بخار المعدن على طول خط أنابيب البخار وتغلف الجسم ، ومن الضروري وضع فيلم معدني عليه.

الطريقة نفسها بسيطة وجيدة ، ولكن هناك أيضًا عيوب: ارتفاع استهلاك الطاقة ، من الصعب وضع الأسطح (الأجسام) في سحابة البخار التي يجب ترسيب الفيلم عليها. الالتصاق ليس هو الأفضل أيضًا. تم تطبيقها على مواد مختلفة ، بما في ذلك المعادن ، والزجاج ، والبلاستيك ، وما إلى ذلك بشكل رئيسي لأغراض البحث ، لأننا كنا فقط نتقن معدات التفريغ.

حان الوقت الآن للحديث عن نظام الفراغ. أجريت التجارب في غرفة مفرغة مزودة بنظام تفريغ يتكون من مضخة دورانية للفراغ الأمامي ومضخة جزيئية توربينية وتوفر ضغطًا متبقيًا قدره 9.5 10 -6 - 1.2 10-5 مم زئبق.
إذا بدا للوهلة الأولى أنه ليس بالأمر الصعب ، فهو في الحقيقة ليس كذلك. أولاً ، يجب أن تتمتع الغرفة نفسها بالضيق اللازم للحفاظ على فراغ عالي. يتم تحقيق ذلك عن طريق إحكام إغلاق جميع الحواف والفتحات الوظيفية. الأغطية العلوية والسفلية لها نفس الشيء ، من حيث المبدأ ، الأختام المطاطية، بالإضافة إلى أصغر الثقوب المصممة لتركيب النوافذ ، وأجهزة الاستشعار ، والأجهزة ، وأختام الضغط وأغطية الحواف الأخرى ، فقط بقطر أكبر بكثير. على سبيل المثال ، لإغلاق موثوق لمثل هذا الثقب

يتطلب شفة وحشية ومشابك كما هو موضح في هذه الصورة.

يقيس هذا المستشعر الفراغ في الغرفة ، وتذهب الإشارة منه إلى الجهاز ، مما يدل على مستوى الفراغ العالي.

يتحقق الفراغ بالمستوى المطلوب (على سبيل المثال 10-5 مم زئبق) على النحو التالي. أولاً ، يتم ضخ فراغ منخفض بواسطة مضخة فراغ أمامي إلى مستوى 10-2. عند الوصول إلى هذا المستوى ، يتم تشغيل مضخة عالية التفريغ (جزيء تربيني) ، حيث يمكن أن يدور الدوار بسرعة 40000 دورة في الدقيقة. في الوقت نفسه ، تستمر المضخة الأمامية في العمل - فهي تضخ الضغط من المضخة الجزيئية التوربينية نفسها. هذا الأخير هو وحدة متقلبة إلى حد ما ولعب أجهزتها "الرقيقة" دورًا معينًا في هذه القصة. نستخدم مضخة أوساكا الفراغية الجزيئية اليابانية.

يوصى بتصريف الهواء الذي يتم ضخه من الغرفة بأبخرة الزيت في الغلاف الجوي ، حيث يمكن أن "تتناثر" قطرات الزيت الدقيقة في الغرفة بأكملها.

بعد أن تعاملنا مع نظام الفراغ وعملنا على الترسيب الحراري ، قررنا تجربة طريقة أخرى لترسيب الفيلم - المغنطرون. كانت لدينا خبرة طويلة في التواصل مع مختبر واحد كبير ، والذي طبقنا طلاء نانوي وظيفي لبعض تطوراتنا باستخدام طريقة رش المغنطرون. بالإضافة إلى ذلك ، لدينا علاقات وثيقة مع بعض أقسام MEPhI ومدرسة موسكو التقنية العليا وجامعات أخرى ، مما ساعدنا أيضًا على إتقان هذه التكنولوجيا.

لكن بمرور الوقت ، أردنا استخدام المزيد من الاحتمالات التي توفرها غرفة التفريغ.

سرعان ما أصبح لدينا مغنطرون صغير ، قررنا تكييفه مع ترسيب الفيلم.

إنها طريقة فراغ المغنطرون لترسيب الأغشية المعدنية والسيراميك الرقيقة التي تعتبر واحدة من أكثر الطرق إنتاجية واقتصادية وسهلة التشغيل بين الجميع الطرق الفيزيائيةالاخرق: التبخر الحراري ، المغنطرون ، الأيونات ، الليزر ، شعاع الإلكترون. يتم تثبيت المغنطرون في إحدى الفلنجات ، وهو مناسب للاستخدام. ومع ذلك ، لا يزال هذا غير كافٍ للترسيب ، لأنه يتطلب جهدًا معينًا ، ومياه تبريد ، وغازات يتم توفيرها لضمان اشتعال البلازما.

رحلة نظرية

بشكل مبسط ، يتم ترتيب المغنطرون على النحو التالي. على القاعدة ، التي تعمل أيضًا كدائرة مغناطيسية ، يتم وضع مغناطيسات قوية ، والتي تشكل مجالًا مغناطيسيًا قويًا. من ناحية أخرى ، فإن المغناطيسات مغطاة بلوحة معدنية ، والتي تعمل كمصدر للمادة المرشوشة وتسمى الهدف. يتم تطبيق الجهد على المغنطرون ، ويتم تطبيق الأرض على جسم غرفة التفريغ. يؤدي فرق الجهد المتكون بين المغنطرون وجسم الحجرة في جو متخلخل ومجال مغناطيسي إلى ما يلي. تسقط ذرة من غاز الأرجون المكون للبلازما في تأثير خطوط المجال المغناطيسي والكهربائي وتتأين تحت تأثيرها. ينجذب الإلكترون المقذوف إلى جسم الحجرة. ينجذب أيون موجب إلى الهدف المغنطروني ، وبعد تسارعه تحت تأثير خطوط المجال المغناطيسي ، يضرب الهدف ويطرد منه جسيمًا. إنه يطير بزاوية معاكسة للزاوية التي يصطدم بها أيون ذرة الأرجون بالهدف. يطير الجسيم المعدني بعيدًا عن الهدف باتجاه الركيزة الموجودة مقابله ، والتي يمكن صنعها من أي مادة.

صنع أصدقاؤنا في الجامعة مصدر طاقة تيار مستمر بقوة 500 واط لهذا المغنطرون.

قمنا أيضًا ببناء نظام إمداد بالغاز لغاز الأرجون المكون للبلازما.

لاستيعاب الأشياء التي سيتم رش الأغشية عليها ، قمنا ببناء الجهاز التالي. توجد ثقوب تقنية في غطاء الحجرة ، حيث يمكن تثبيت العديد من الأجهزة: غدد كبل الطاقة الكهربائية ، وغدد كبلات المرور ، والنوافذ الشفافة ، وأجهزة الاستشعار ، إلخ. في واحدة من هذه الثقوب ، قمنا بتركيب ختم ضغط لعمود دوار. خارج الحجرة ، قمنا بإحضار الدوران إلى هذا العمود من محرك كهربائي صغير. من خلال ضبط سرعة دوران الأسطوانة بترتيب 2-5 هرتز ، حققنا انتظامًا جيدًا في تطبيق الأفلام حول محيط الأسطوانة.

من الأسفل ، أي داخل الحجرة ، قمنا بتثبيت سلة معدنية خفيفة على العمود ، يمكن تعليق الأشياء عليها. في متجر القرطاسية ، تُباع مثل هذه الأسطوانة القياسية كسلة نفايات وتكلف حوالي 100 روبل.

الآن لدينا في المخزون كل ما هو مطلوب تقريبًا لترسيب الفيلم. استخدمنا المعادن التالية كأهداف: النحاس والتيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم وسبائك النحاس والكروم.

وبدأوا في الغبار. من خلال النوافذ الشفافة إلى الحجرة يمكن للمرء أن يلاحظ توهج البلازما على سطح هدف المغنطرون. بهذه الطريقة ، قمنا بالتحكم "بالعين" في لحظة اشتعال البلازما وشدة الترسب.

جاءت طريقة التحكم في سمك الرش بطريقة بسيطة إلى حد ما. تم وضع نفس قطعة الرقائق بمساحة السطح المقاسة على الأسطوانة ، وتم قياس كتلتها قبل وبعد جلسة الرش. مع معرفة كثافة المعدن المترسب ، تم حساب سمك الطلاء المترسب بسهولة. تم التحكم في سمك الطلاء إما عن طريق تغيير وقت الترسيب أو عن طريق ضبط الجهد في مصدر طاقة المغنطرون. تُظهر هذه الصورة توازنًا دقيقًا يسمح لك بقياس كتلة العينات بدقة تصل إلى عشرة آلاف من الجرام.

طبقنا على مواد مختلفة: خشب ، معادن ، رقائق معدنية ، بلاستيك ، ورق ، أفلام بولي إيثيلين ، أقمشة ، باختصار ، كل ما يمكن وضعه في الحجرة وربطه بالأسطوانة. ركزنا بشكل أساسي على الحصول على تأثيرات زخرفية - تغيير اللون أو الإدراك اللمسي للسطح. في هذه العينات ذات الأصل العضوي وغير العضوي ، يمكنك رؤية الاختلاف في اللون قبل وبعد تطبيق الأغشية المعدنية المختلفة.

بشكل أكثر وضوحًا ، يظهر الاختلاف في اللون قبل الرش وبعده على الأقمشة والأفلام. هنا هو الجزء الصحيح من المعتاد فيلم البولي ايثيلين- غير مرشوشة الا اليسرى مغطاة بطبقة من النحاس.

التأثير الآخر الذي يمكن استخدامه لتلبية الاحتياجات المختلفة هو توصيل الأغشية الرقيقة على الركائز. تُظهر هذه الصورة مقاومة قطعة من الورق (بالأوم) بطبقة رقيقة من التيتانيوم يزيد سمكها قليلاً عن ميكرون.

لمزيد من التطوير ، اخترنا عدة اتجاهات. واحد منهم هو تحسين كفاءة ترسيب الفيلم بواسطة المغنطرونات. سنقوم "بالتأرجح" في تطويرنا وتصنيع مغنطرون أقوى بارتفاع الكاميرا وقوة أكبر مرتين من تلك الموضحة في هذا المقال. نريد أيضًا اختبار تقنية الترسيب التفاعلي ، عندما يتم تغذية الحجرة مع غاز الأرجون أو الأكسجين أو النيتروجين مع غاز مكون البلازما ، وأثناء ترسيب الأغشية على سطح الركيزة ، لا يتم تشكيل أغشية معدنية نقية ، ولكن الأكاسيد أو النتريدات ، والتي لها مجموعة من الخصائص تختلف عن تلك النقية ، والأغشية المعدنية.

للحصول على عرض تقديمي وخصائص تقنية معينة في الإنتاج الحديث ، يتم تغطية جميع المنتجات النهائية بمواد مختلفة. هذه المسألة ذات صلة خاصة ل قطع معدنية، حيث لا يلعب الطلاء دورًا زخرفيًا بقدر ما يحمي المعدن من التآكل والعوامل البيئية الضارة الأخرى.

طلاء الفراغ

في الإنتاج الحديث ، تعتبر التقنية الأكثر تقدمًا لطلاء الأجزاء هي الترسيب بالفراغ. تتكون التقنية من التكثيف المباشر لبخار الطلاء المطبق على سطح الجزء. هناك ثلاث مراحل رئيسية لهذا الترسيب:

تبخر المادة التي سيتم إنشاء الطلاء منها ؛

نقل البخار الناتج إلى السطح الذي سيتم تطبيق المادة عليه ؛

تكثيف البخار على سطح الجزء وخلق طبقة منه.

آلة طلاء الكروم للعجلات المعدنية

طرق الترسيب الفراغي

بالإضافة إلى الفراغ ، أخرى العمليات الفيزيائية. ينطبق التصنيف التالي أيضًا على المواد التي سيتم رشها على السطح.

رش البلازما الفراغي

يتم تنفيذ طلاء القوس الفراغي وفقًا للآلية التالية. الكاثود هو السطح الذي سيتم ترسيب الفيلم عليه ، والأنود هو ركيزة تصريف الغاز. عندما يسخن القوس الغلاف الجوي إلى درجة الحرارة المحددة ، تنتقل مادة الرش إلى المرحلة الغازية ويتم نقلها إلى الكاثود. ثم تتكثف جزيئات البخاخ على سطح المنتج ، وتشكل طبقة موحدة. يمكن تعديل التجانس في تركيبات الرش بالقوس التفريغي للحصول على المنتج الأصلي بنمط الرش.

تُستخدم هذه التقنية المتطورة لتطبيق الطلاءات فائقة الصلابة على أدوات القطع والحفر. يتم إنشاء لقم الثقب القوية المقاومة للاهتراء للثقب باستخدام رش الفراغ بالبلازما.

لقم الثقب عالية القوة للثقب

ترسيب الفراغ الأيوني

تعتبر الطريقة الأكثر ملاءمة للبيئة لطلاء أي سطح معدني. الجانب السلبي هو المعدات باهظة الثمن ، ولا تستطيع كل شركة شرائها وتثبيتها.

يتم أيضًا وضع متطلبات صارمة على نظافة السطح ، لكن النتيجة النهائية تتجاوز كل التوقعات. يتميز الطلاء المطبق بالتوحيد العالي والقوة ومقاومة التآكل ، وبالتالي ، بهذه الطريقة ، يتم رش الطلاء على الأجزاء والآليات التي سيتم تشغيلها في الظروف المناخية القاسية. إنها العملية الأخيرة التي بعدها مزيد من المعالجةالأجزاء غير مسموح بها - يجب ألا يكون هناك لحام أو قطع.

طلاء الألمنيوم بالفراغ

يعتبر تطبيق الألومنيوم الطريقة الأكثر شيوعًا لطلاء أي سطح تقريبًا. يسمح تعدد استخدامات الألمنيوم بتطبيقه على الأسطح غير العادية مثل البلاستيك والزجاج ، وعلى عكس المعادن الأخرى ، فإنه لا يتطلب المزيد طلاء الورنيشللقوة. يشيع استخدام الألمنيوم في أغراض الديكور- تقوم بمعالجة إكسسوارات السيارات وعاكسات المصابيح الأمامية ومستحضرات التجميل ومقابض الخزائن والأبواب ومستلزمات الخياطة. على الرغم من أن هذا المعدن لا يتميز بالقوة العالية ، إلا أن تطور التكنولوجيا جعل من الممكن تقليل تكلفة هذا الترسيب بشكل كبير ، مما يجعله الأكثر شيوعًا في العالم.

عاكس لمصابيح السيارة مع طلاء الألمنيوم

الترسيب الفراغي للمعادن

بالإضافة إلى الألومنيوم ، هناك عدد من المعادن الشائعة أيضًا للرش. نظرًا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية المختلفة ، فقد وجدت تطبيقًا في جميع الصناعات تمامًا. الأغراض الرئيسية للمعادن المرشوش:

تحسين الموصلية

زيادة العزل

يعطي خصائص مقاومة للاهتراء ومضادة للتآكل.

يسمح لك التحكم في درجة الحرارة أثناء تطبيق طبقة الطلاء بإعطاء المنتج النهائي أي ظل تقريبًا ، وغالبًا ما يستخدم هذا لتطبيق الطلاء "الذهبي" (يتم استخدام سبائك النيكل والتيتانيوم).

الاخرق من التيتانيوم والفضة يستخدم على نطاق واسع في الطب. تتفاعل هذه المعادن الفريدة بشكل جيد للغاية مع جسم الإنسان ولها خصائص مضادة للجراثيم. الغرسات والأدوات الجراحية (بالإضافة إلى أدوات طب الأسنان وغيرها) مطلية بالفضة في كل مكان تقريبًا - وهو ضمان عالي لقوة تحمل الأداة وعقمها.

رش الفراغ بالبلازما الأيونية

تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة ، لا يتكثف الطلاء على سطح الجزء فحسب ، بل يخبز عليه حرفيًا ، مما يمنح المنتج النهائي خصائص تقنية عالية جدًا - مقاومة التآكل تحت الضغط الميكانيكي ومقاومة جيدة لظروف الطقس القاسية.

وحدة الرش الفراغي UVN

الأجهزة من نوع UVN هي وحدات ترسيب فراغ حديثة عالية التقنية. اعتمادًا على الغرض ، يمكن تزويده بأي أجهزة لتبخر مادة ما ونقلها إلى سطح الجزء. بنية:

غرفة تكنولوجية من نوع مغلق - المنطقة التي يوجد بها الجزء ، والتي تتم معالجتها في عملية الترسيب بالفراغ.

وحدة التحكم عبارة عن لوحة بها أزرار ومقابض تتيح لك ضبط جميع المعلمات الضرورية قبل بدء العمل. تم تجهيز الإصدارات الحديثة من محطات الطلاء بالفراغ بشاشات رقمية لعرض معلمات العملية في الوقت الفعلي.

يخفي جسم الوحدة جميع المكونات الميكانيكية والإلكترونية المهمة للوحدة ، مما يحميها من التدخل العرضي وغير المصرح به ، فضلاً عن ضمان سلامة مشغل الماكينة. اعتمادًا على حجم الماكينة ، فهي مزودة بعجلات (مع وسادات الفرامل ، للموديلات الصغيرة) ، أو مثبتة بشكل دائم (للكاميرات القوية والمنتجة).

كلاسيك UVN

غالبًا ما يتم إجراء تعديل الهياكل والأجزاء والعناصر الوظيفية المختلفة عن طريق تغيير هيكل المواد بالكامل. لهذا الغرض ، يتم استخدام وسائل المعالجة الحرارية والبلازما والكيميائية العميقة. ولكن هناك أيضًا شريحة واسعة من طرق تغيير الخصائص التشغيلية بسبب الطلاءات الخارجية. تشمل هذه الأساليب المعدنة بالفراغ ، والتي بفضلها يمكن تحسين الخصائص الزخرفية والتوصيلية والعاكسة وغيرها من خصائص المواد.

معلومات عامة عن التكنولوجيا

يكمن جوهر الطريقة في ترسب الجزيئات المعدنية على سطح العمل. تحدث عملية تكوين طلاء جديد بسبب تبخر المعادن المانحة في فراغ. تتضمن الدورة التكنولوجية تنفيذ عدة مراحل من التغيير الهيكلي للقاعدة المستهدفة وعناصر الطلاء. على وجه الخصوص ، تتميز عمليات التبخر والتكثيف والامتصاص والتبلور. يمكن أن يسمى الإجراء الرئيسي تفاعل الجسيمات المعدنية مع السطح في بيئة غازية خاصة. في هذه المرحلة ، تضمن تقنية المعدنة بالفراغ عمليات الانتشار وربط الجسيمات بهيكل قطعة العمل. عند الإخراج ، اعتمادًا على أوضاع الرش وخصائص الطلاء ونوع قطعة العمل ، يمكنك الحصول على مجموعة متنوعة من التأثيرات. تتيح الوسائل التقنية الحديثة ليس فقط تحسين الأداء الفردي للمنتج ، ولكن أيضًا للتمييز بين خصائص السطح في المناطق الفردية بدقة عالية.

المعدات التطبيقية

هناك ثلاث مجموعات رئيسية من الآلات المستخدمة لهذه التقنية. هذا الجهاز مستمر وشبه مستمر ومتقطع. وفقًا لذلك ، فهي تختلف على أساس التنظيم العام لعملية المعالجة. غالبًا ما تُستخدم الوحدات ذات التشغيل المستمر في الإنتاج الضخم ، حيث يلزم تعدين الفراغ في الخط. يمكن أن تكون المعدات من هذا النوع مفردة أو متعددة الغرف. في الحالة الأولى ، يتم توجيه الوحدات نحو تنفيذ المعدنة المباشرة. توفر النماذج متعددة الغرف أيضًا إمكانية تنفيذ إجراءات إضافية - التحضير الأولي للمنتج ، والتحكم ، والمعالجة الحرارية ، إلخ. يتيح لك هذا الأسلوب تحسين عملية التصنيع. تحتوي آلات الطلاء بالدفعات وشبه المستمر بشكل عام على غرفة رئيسية واحدة. إنه على وجه التحديد بسبب عدم انتظام الإنتاج التي يتم استخدامها لإجراء معين ، و العمليات التحضيريةويتم تنفيذ نفس مراقبة الجودة بترتيب منفصل - أحيانًا في الوضع اليدوي بدون خطوط آلية. الآن يجدر النظر بمزيد من التفصيل في ما تتكون منه هذه المجاميع.

جهاز آلات المعدنة

بالإضافة إلى الغرفة الرئيسية ، حيث تتم عمليات الرش ، تشتمل المعدات على العديد من الأنظمة المساعدة والمكونات الوظيفية. بادئ ذي بدء ، يجدر تسليط الضوء بشكل مباشر على مصادر المواد التي يتم رشها ، والتي ترتبط اتصالاتها بمجمع توزيع الغاز. بحيث يمكن لمصنع المعدنة بالفراغ توفير ما يلزم مهمة محددةمعلمات المعالجة التي تزود قنوات الرش مع المنظمين تسمح ، على وجه الخصوص ، بالتعديل مستوى درجة الحرارةوسرعة اتجاه التدفق والأحجام. على وجه الخصوص ، تتكون هذه البنية التحتية من التسربات والمضخات والصمامات وعناصر الفلنجات والتجهيزات الأخرى.

في المنشآت الحديثةلنفس تنظيم معلمات التشغيل ، يتم استخدام أجهزة الاستشعار المتصلة بوحدة المعالجات الدقيقة. مع الأخذ في الاعتبار المتطلبات المحددة وتحديد القيم الفعلية الحالية ، يمكن للمعدات تصحيح أوضاع المعالجة دون مشاركة المشغل. أيضًا ، لتسهيل عمليات التشغيل ، يتم استكمال المعدات بأنظمة التنظيف والمعايرة داخل الغرفة. بفضل هذه المعدات ، تم تبسيط إصلاح تفريغ الآلة ، حيث أن التنظيف المستمر وفي الوقت المناسب يقلل من مخاطر التحميل الزائد لمحركات الهواء والمعالجات ودوائر الاتصالات. يعتبر هذا الأخير جزءًا مستهلكًا تمامًا ، ويتم استبداله في وحدات مستمرة كجزء من إجراء الصيانة المنتظم.

المواد المستهدفة للمعادن

بادئ ذي بدء ، تخضع الفراغات المعدنية للإجراء الذي يمكن صنعه ، من بين أشياء أخرى ، من سبائك خاصة. مطلوب طلاء إضافي لتوفير طبقة مقاومة للتآكل ، وتحسين الجودة الأسلاك الكهربائيةأو التغييرات خصائص الديكور. في السنوات الأخيرة ، تم استخدام معدنة الفراغ بشكل متزايد فيما يتعلق بمنتجات البوليمر. هذه العملية لها خصائصها الخاصة ، بسبب خصائص هيكل الأشياء من هذا النوع. أقل شيوعًا ، يتم استخدام التكنولوجيا للمنتجات ذات الصلابة المنخفضة. هذا ينطبق على الخشب وبعض المواد الاصطناعية.

ميزات تعدين البلاستيك

يمكن أن يؤدي الرش على سطح الأجزاء البلاستيكية أيضًا إلى تغيير الكهرباء والفيزيائية و الخواص الكيميائية. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام المعدنة أيضًا كوسيلة لتحسين الصفات البصرية لمثل هذه الفراغات. المشكلة الرئيسية في إجراء مثل هذه العمليات هي عملية التبخر الحراري المكثف ، والتي تضغط حتمًا على تدفقات الجسيمات التي ترش سطح العنصر. لذلك ، يلزم وجود طرق خاصة لتنظيم انتشار المادة الأساسية والكتلة المستهلكة.

للمعادن الفراغية للبلاستيك ، والتي تتميز بهيكل صلب ، خصائصها الخاصة. في هذه الحالة ، سيكون وجود الورنيش الواقي والفتائي مهمًا. للحفاظ على مستوى الالتصاق الكافي للتغلب على حواجز هذه الأغشية ، قد يكون من الضروري زيادة طاقة الحركة الحرارية. ولكن هنا مرة أخرى توجد مشكلة تتعلق بمخاطر تدمير الهيكل البلاستيكي تحت تأثير التدفقات الحرارية. نتيجة لذلك ، من أجل تخفيف الضغط المفرط في بيئة العمل ، يتم إدخال تعديلات على المكونات مثل الملدنات والمذيبات ، مما يجعل من الممكن الحفاظ على شكل قطعة العمل في الحالة المثلى ، بغض النظر عن نظام درجة الحرارة.

ملامح معالجة مواد الفيلم

تشمل تقنيات تصنيع مواد التعبئة والتغليف استخدام المعدن في أفلام PET. توفر هذه العملية الألمنيوم للسطح ، مما يمنح قطعة العمل قوة ومقاومة أعلى للتأثيرات الخارجية. اعتمادًا على معلمات المعالجة ومتطلبات الطلاء النهائية ، طرق مختلفةتقليل الحرارة. نظرًا لأن الفيلم حساس لدرجة الحرارة ، يتم تقديم إجراء ترسيب إضافي. كما هو الحال في حالة البلاستيك ، فإنه يسمح لك بضبط التوازن الحراري ، والحفاظ على بيئة مثالية لقطعة العمل. يمكن أن تتراوح سماكة الأغشية التي تتم معالجتها بطريقة معدنة لفة الفراغ من 3 إلى 50 ميكرون. يتم إدخال تقنيات تدريجية توفر مثل هذه الطلاءات على أسطح المواد بسمك 0.9 ميكرون ، ولكن في معظم الأحيان لا يزال هذا مجرد ممارسة تجريبية.

معدنة العاكسات

هذا أيضًا اتجاه منفصل لاستخدام المعدنة. الهدف في هذه الحالة هو المصابيح الأمامية للسيارة. يوفر تصميمها وجود عاكسات ، والتي تفقد أدائها في النهاية - تتلاشى ، ويصدأ ، ونتيجة لذلك ، تصبح غير صالحة للاستعمال. بالإضافة إلى ذلك ، حتى المصباح الأمامي الجديد يمكن أن يتلف عرضًا ، الأمر الذي يتطلب إصلاحه وترميمه. هذه المهمة بالتحديد هي التي يركز عليها تفريغ العواكس ، والذي يوفر ترسبًا مقاومًا للاهتراء على سطح المرآة. إن ملء الهيكل الخارجي بالجسيمات المعدنية ، من ناحية ، يزيل العيوب الطفيفة ، ومن ناحية أخرى ، يعمل كطبقة واقية ، مما يمنع الضرر المحتمل في المستقبل.

تنظيم العملية في المنزل

بدون معدات خاصة ، يمكن تطبيق تقنية الطلاء الكيميائي للسطح ، ولكن لمعالجة الفراغ ، في أي حال ، ستكون هناك حاجة إلى غرفة مناسبة. في المرحلة الأولى ، يتم تحضير قطعة العمل نفسها - يجب تنظيفها وإزالة الشحوم منها ، وإذا لزم الأمر ، صنفرتها. بعد ذلك ، يتم وضع الكائن في غرفة معدنة فراغ. بيديك ، يمكنك أيضًا صنع معدات خاصة على القضبان من عناصر الملف الشخصي. ستكون هذه طريقة مناسبة لتحميل وتفريغ المواد إذا كنت تخطط لمعالجتها بشكل منتظم. كمصدر لجزيئات المعدنة ، يتم استخدام ما يسمى بالفراغات - من الألومنيوم والنحاس الأصفر والنحاس وما إلى ذلك. بعد ذلك ، يتم ضبط الغرفة على وضع المعالجة الأمثل وتبدأ عملية الترسيب. يمكن طلاء المنتج النهائي بعد عملية المعدن مباشرة يدويًا بطبقات واقية إضافية تعتمد على الورنيش.

ردود فعل إيجابية حول التكنولوجيا

تتميز الطريقة بالعديد من الصفات الإيجابية التي يلاحظها المستخدمون. المنتجات النهائيةفي مناطق مختلفة. على وجه الخصوص ، عالية خصائص الحمايةطلاء يمنع عمليات التآكل والتدمير الميكانيكي للقاعدة. كما يستجيب المستهلكون العاديون للمنتجات التي تعرضت للمعادن بالفراغ من أجل تحسين أو تغيير صفاتهم الزخرفية بشكل إيجابي. الخبراء يؤكدون أيضا سلامة البيئةتكنولوجيا.

ردود فعل سلبية

من خلال سلبيات هذه الطريقةتشمل منتجات المعالجة مدى تعقيد التنظيم التقني للعملية و متطلبات عاليةللأنشطة التحضيرية. ناهيك عن استخدام معدات عالية التقنية. فقط بمساعدتها يمكنك الحصول على رش عالي الجودة. التكلفة موجودة أيضًا في قائمة عيوب الطلاء بالفراغ. يمكن أن يكون سعر معالجة عنصر واحد من 5 إلى 10 آلاف روبل. حسب مساحة المنطقة المستهدفة وسماكة الطلاء. شيء آخر هو أن المعدنة التسلسلية تقلل من تكلفة المنتج الفردي.

أخيراً

يؤدي تغيير الخصائص التقنية والفيزيائية والزخرفية لبعض المواد إلى توسيع إمكانيات تطبيقها الإضافي. أدى تطوير طريقة المعدنة بالفراغ إلى ظهور مجالات معالجة خاصة مع التركيز على أداء محدد. يعمل التقنيون أيضًا على تبسيط عملية الترسيب نفسها ، والتي تتجلى بالفعل اليوم في شكل تقليص حجم المعدات وإجراءات ما بعد المعالجة. أما بالنسبة لتطبيق التقنية في المنزل ، فهذه أكثر طرق التغطية إشكالية ، حيث تتطلب من المؤدي امتلاك مهارات خاصة ، ناهيك عن الوسائل التقنية. من ناحية أخرى ، لا تسمح طرق الرش الأكثر تكلفة بالحصول على طلاء من نفس الجودة - سواء كانت طبقة واقية أو تصميم زخرفي.