Марийски държавен технически университет

Отдел за проектиране и производство на радиооборудване

Вакуумно покритие

ОБЯСНИТЕЛНА БЕЛЕЖКА

към курсовата работа по дисциплината

Основи на физиката на твърдото тяло и микроелектрониката

Разработено от: студент от групата EVS-31

Колесников

Съветва: доцент

Игумнов В.Н.

Йошкар-Ола 2003г

Въведение

1. Термично вакуумно пръскане

1.1 Резистивно разпрашване

1.2 Индукционно пръскане

1.4 Лазерно отлагане

1.5 Дъгово пръскане

2. Разпрашване чрез йонна бомбардировка

2.1 Катодно разпрашване

2.2 Магнетронно разпрашване

2.3 Високочестотно пръскане.

3. Технология на тънки филми върху ориентиращи субстрати

Заключение

литература

ВЪВЕДЕНИЕ

Тънките филми, отложени във вакуум, се използват широко в производството на дискретни полупроводникови устройства и интегрални схеми (ИС).

Получаването на висококачествени и възпроизводими по електрически параметри тънкослойни слоеве е един от най-важните технологични процеси за формиране на структури както на дискретни диоди и транзистори, така и на активни и пасивни елементи на ИС.

По този начин надеждността и качеството на микроелектронните продукти, техническото ниво и икономически показателитяхното производство.

Технологията на тънките филми се основава на сложни физични и химични процеси и използването на различни метали и диелектрици. И така, тънкослойните резистори, кондензаторните електроди и взаимовръзките се правят чрез отлагане на метални филми, а междуслойната изолация и защитните покрития се правят от диелектрични.

Важен етап е контролът на параметрите на тънките филми (скорост на тяхното отлагане, дебелина и еднородност, повърхностна устойчивост), който се извършва с помощта на специални устройства, както по време на отделни технологични операции, така и в края на целия процес.

Методите на йонно-плазмено и магнетронно разпрашване се използват широко в съвременната микроелектроника. Високите скорости на отлагане и енергията на атомите, попадащи върху субстрата по време на отлагането, правят възможно използването на тези методи за получаване на филми с различен състав и структури, и по-специално за нискотемпературна епитаксия.

В момента има значителен интерес към изследвания в тази област.

Целта на тази курсова работа е да се разгледат основните методи за отлагане и пръскане във вакуум, физични и химични процеси, както и описанието и работата на инсталациите, използвани в тези методи.

Процесът на полагане на тънки филми във вакуум се състои в създаване (генериране) на поток от частици, насочен към третирания субстрат, и последващото им концентриране с образуване на тънки филмови слоеве върху повърхността, която се покрива.

За да промените свойствата на твърда повърхност, използвайте различни режимийонна обработка. Процесът на взаимодействие на йонния лъч с повърхността се свежда до протичането на взаимосвързани физически процеси: кондензация, разпрашване и проникване. Преобладаването на един или друг физически ефект се определя главно от енергията E 1 на бомбардиращите йони. Когато E 1 =10-100 eV, кондензацията преобладава над разпръскването, така че се извършва отлагането на покритието. С увеличаването на йонната енергия до 104 eV, процесът на разпрашване започва да преобладава с едновременното въвеждане на йони в метала. По-нататъшно увеличаване на енергията на бомбардиращите йони (E 1 >10 4 eV) води до намаляване на коефициента на разпрашване и установяване на режима на йонна имплантация (йонно легиране).

Технологичният процес на нанасяне на тънкослойни покрития във вакуум включва 3 основни етапа:

Генериране на поток от частици от отложеното вещество;

Прехвърляне на частици в разредено пространство от източника към субстрата;

Отлагане на частици при достигане на субстрата.

Има 2 метода за нанасяне на вакуумни покрития, които се различават по механизма на генериране на потока от отложени частици: термично разпръскване и разпръскване на материали чрез йонно бомбардиране. Изпарените и разпръснати частици се пренасят върху субстрата през вакуумна среда (или атмосфера от реактивни газове, като по този начин влизат в плазмохимични реакции). За да се увеличи степента на йонизация на потока на отложеното вещество, във вакуумната камера могат да се въведат специални източници на заредени частици (например горещ катод) или електромагнитно излъчване. Допълнително ускоряване на движението на йони към третираната повърхност може да се постигне чрез прилагане на отрицателно напрежение към нея.

Общите изисквания за всеки от тези методи са възпроизводимостта на свойствата и параметрите на получените филми и осигуряването на надеждна адхезия (адхезия) на филми към субстрати и други филми.

За да разберем физическите явления, които възникват при отлагането на тънки филми във вакуум, е необходимо да се знае, че процесът на растеж на филма върху субстрат се състои от два етапа: начален и краен. Нека разгледаме как отложените частици взаимодействат във вакуумно пространство и върху субстрат.

Частиците материя, които са напуснали повърхността на източника, се движат през вакуумно (разредено) пространство с високи скорости (от порядъка на стотици и дори хиляди метри в секунда) до субстрата и достигат до повърхността му, давайки му част от енергията си върху сблъсък. Частта от пренесената енергия е толкова по-малка, колкото по-висока е температурата на субстрата.

Задържайки известен излишък от енергия, частицата на веществото може да се движи (мигрира) по повърхността на субстрата. При миграция над повърхността частицата постепенно губи излишната си енергия, стремейки се към топлинно равновесие със субстрата и може да се случи следното. Ако частицата загуби излишната си енергия по пътя, тя се фиксира върху субстрата (кондензира). След като срещне друга мигрираща частица (или група частици) по пътя, тя ще влезе в силна връзка (метална) с нея, създавайки адсорбиран дублет. При достатъчно голяма асоциация такива частици напълно губят способността си да мигрират и се фиксират върху субстрата, превръщайки се в център на кристализация.

Около отделни центрове на кристализация растат кристалити, които впоследствие се сливат и образуват непрекъснат филм. Растежът на кристалитите се дължи както на частици, мигриращи по повърхността, така и в резултат на директно отлагане на частици върху повърхността на кристалите. Възможно е също така да се образуват дублети във вакуумно пространство при сблъсък на две частици, които в крайна сметка се адсорбират върху субстрата.

Образуването на непрекъснат филм завършва Първи етаппроцес. Тъй като от този момент качеството на повърхността на субстрата престава да влияе върху свойствата на нанесения филм, началният етап е от решаващо значение за тяхното формиране. На последния етап филмът нараства до необходимата дебелина.

При други постоянни условия повишаването на температурата на субстрата увеличава енергията, т.е. подвижността на адсорбираните молекули, което увеличава вероятността от среща с мигриращи молекули и води до образуването на филм с едрозърнеста структура. Освен това с увеличаване на плътността на падащия лъч се увеличава вероятността от образуване на дублети и дори многоатомни групи. В същото време увеличаването на броя на кристализационните центрове допринася за образуването на филм с фино кристална структура.

Разреденото състояние на газа, т.е. състояние, при което налягането на газ в определен затворен херметичен обем е по-ниско от атмосферното налягане, се нарича вакуум.

Вакуумната технология заема важно място в производството на IC филмови структури. За да се създаде вакуум в работната камера, от нея трябва да се изпомпват газове. Не може да се постигне идеален вакуум, а в евакуираните работни камери на технологичните инсталации винаги има определено количество остатъчни газове, което определя налягането в евакуираната камера (дълбочина, или степен на вакуум).

Същността на този процес на отлагане на тънки филми се състои в нагряване на веществото във вакуум до температура, при която кинетичната енергия на атомите и молекулите на веществото, която нараства при нагряване, става достатъчна, за да се отделят от повърхността и да се разпространят. в околното пространство. Това се случва при температура, при която налягането на собствените пари на веществото надвишава с няколко порядъка налягането на остатъчните газове. В този случай атомният поток се разпространява по права линия и при удар с повърхността изпарените атоми и молекули кондензират върху нея.

Процесът на изпаряване се извършва по обичайната схема: твърда фаза - течна фаза - газообразно състояние. Някои вещества (магнезий, кадмий, цинк и др.) преминават в газообразно състояние, заобикаляйки течната фаза. Този процес се нарича сублимация.

Основните елементи на инсталацията за вакуумно отлагане, чиято опростена схема е показана на фиг. 1, са: 1 - вакуумна капачка от неръждаема стомана; 2 - амортисьор; 3 - тръбопровод за нагряване на вода или охлаждане на капачката; 4 - изтичане на иглата за подаване на атмосферен въздух в камерата; 5 - нагревател на субстрата; 6 - държач за субстрат със субстрат, върху който може да се постави шаблон; 7 - уплътнително уплътнение, изработено от вакуумна гума; 8 - изпарител с поставено в него вещество и нагревател (резистивен или електронен лъч).

Процесът на извършване на операцията по вакуумно отлагане включва следните стъпки. В горната позиция на капачката обработените субстрати се отстраняват от държача на субстрата и се монтират нови. Капачката се спуска и системата от вакуум помпи се включва (първо за предварителен вакуум, след това висок вакуум). За ускоряване на десорбцията на въздуха с вътрешни повърхностии намаляване на времето за изпомпване, гореща течаща вода се подава към тръбопровода. При достигане на налягане вътре в камерата от порядъка на 10 -4 Pa (управление на манометъра) се включват нагревателите на изпарителя и субстратите. При достигане на работни температури (управление с помощта на термодвойки), амортисьорът се отстранява и парите на веществото достигат до основата, където кондензират и филмът нараства. Автоматичната система за контрол на растежа на филма определя или дебелината на филма (за диелектрика на филмовите кондензатори), или повърхностното съпротивление (за резисторите), или времето за отлагане (проводници и контакти, защитни покрития). Генерираният в този случай сигнал за края на отлагането след усилване действа върху соленоида на амортисьора, блокирайки парния поток с него. След това нагревателите на изпарителя и субстратите се изключват, помпената система се изключва и към тръбопровода се подава студена течаща вода. След като капачките се охладят, атмосферният въздух се пропуска плавно през вентила за теч. Изравняването на наляганията вътре и извън аспиратора дава възможност да се повдигне и да започне следващия цикъл на обработка.

Процесът на термично вакуумно отлагане се характеризира с температурата на изпарителя t° Uc, налягането на въздуха в работната камера P 0 , температурата на нагряване на субстратите t° n. 1-2 минути. В същото време прекомерно високата интензивност води до образуването на финозърнеста нестабилна структура във филма, което ще бъде разгледано по-долу.

Скоростта на изпарение удобно се характеризира с парно налягане (налягане на парите в състояние на насищане) P S . Налягането на парите за дадено вещество зависи само от температурата.

където A и B са коефициенти, характеризиращи вида на материала;

Т е абсолютната температура на веществото, К.

За оптимална интензивност на изпарение се счита интензитетът, при който налягането на парите е ~1,3 Pa. Температурата на изпаряване, съответстваща на тази еластичност, се нарича условна и може да бъде изчислена от (1.1). Така за алуминия е 1150°C, за хрома - 1205°C, за медта - 1273°C, за златото - 1465°C и т.н.

Ниско налягане на въздуха Р 0 в работната камера е необходимо за:

Осигуряване на свободна дифузия на атомите на веществото на изпарителя в обема на работната камера;

Праволинейно движение на атомите на материята без сблъсък с молекули на остатъчния въздух и безполезно разпръскване на материала в обема на камерата;

Изключване на химично взаимодействие на разпръскваното вещество с въздушните молекули.

Горните условия се осигуряват при остатъчно налягане Р 0 10 -4 Pa. Такъв вакуум се постига сравнително лесно с помощта на последователно свързани предвакуумни механични и високовакуумни дифузионни помпи.

Температурата на субстрата по време на процеса на отлагане оказва значително влияние върху структурата на филма и следователно върху стабилността на неговите електрофизични свойства по време на работа.

Атомите на материята навлизат в субстрата с енергия kT (k=8.63×10 -5 eV/K- Константа на Болцман; K - абсолютна температура) и скорости от порядъка на 1000 m/s. В този случай част от енергията се прехвърля към повърхностните атоми на субстрата, а остатъчната енергия им позволява да мигрират за известно време в полето на повърхностния потенциал. Частта от остатъчната енергия е толкова по-висока, колкото по-висока е температурата на субстрата. В процеса на миграция един атом може или да напусне субстрата (върху потенциалния хълм на полето), или частично да угаси енергията чрез взаимодействие с друг мигриращ атом. Само многоатомна група, която се превръща в един от кристализационните центрове, може напълно да загуби способността си да мигрира и да се фиксира върху нагрят субстрат (кондензиране). При ниска плътност на атомния поток, т.е. при умерена температура на изпарителя броят на кристализационните центрове на единица площ е малък и докато около тях се образува непрекъснат филм, големите кристали имат време да растат.

Намаляването на температурата на субстрата и увеличаването на плътността на потока води до по-ранно образуване на кристализационни центрове, увеличаване на техния брой на единица площ и образуване на финозърнеста структура. По време на работа на електронното оборудване, когато то е подложено на периодични цикли на нагряване и бавно охлаждане, финозърнеста структура постепенно прекристализира в едрозърнеста. В този случай електрофизичните свойства се променят необратимо и настъпва "стареене" на филма. При резистивните филми, например, се наблюдава намаляване на съпротивлението с течение на времето.

Така че, за да се образуват тънки филми, които са стабилни по време на работа, е необходимо да се нагрее субстрата и да не се форсира процеса на отлагане чрез повишаване на температурата на изпарителя.

При производството на тънкослойни структури, както и при полупроводниковите структури, се използват групови субстрати. Групови субстрати имат правоъгълна формас размери 60х48 мм или 120х96 мм, изработени от изолационен материал (ситал, поликор, стъкло) и предназначени за едновременно производство на до няколко десетки еднакви модула. По този начин свойствата на отложения филм трябва да са еднакви по цялата площ на груповия субстрат.

В първото приближение потокът от атоми от изпарителя към субстрата е дивергентен лъч и следователно плътността на потока в равнината на субстрата не е равномерна: тя е максимална в центъра на субстрата и намалява от центъра към периферията. Това означава, че когато филм се отлага върху фиксиран субстрат, в централната част на субстрата се образува по-дебел филм, отколкото в краищата на субстрата. Например, резисторите, образувани в централните модули, ще имат по-ниски съпротивления от подобни резистори в периферните модули.

С оглед на гореизложеното производствените инсталации за термично вакуумно отлагане са оборудвани с въртящи се устройства (дискове, барабани), носещи няколко субстрата (6, 8 или 12). Субстратите последователно и многократно преминават през стационарния изпарител (фиг. 2), като постепенно набират необходимата дебелина на филма. В резултат на това централният "хълм", който може да се е образувал върху неподвижния субстрат, се ерозира в хребет, удължен по посока на движението на субстрата. За изравняване на дебелината на филма в напречна посока се използва коригираща диафрагма, която се монтира между изпарителя и субстрата в непосредствена близост до него. Профилът на диафрагмата се изчислява въз основа на изследването на филмови релефи, получени чрез отлагане върху неподвижна и подвижна подложка. В резултат на разликата във времето на облъчване на централната и периферната зони на субстрата, равномерността на дебелината на филма по цялата площ на груповия субстрат се увеличава и е в рамките на ±2% (за субстрати 60x48 mm).

Основните предимства на този метод за генериране са:

Възможност за нанасяне на филми от метали (включително огнеупорни), сплави, полупроводникови съединения и диелектрични филми;

Лекота на изпълнение;

Висока скорост на изпаряване на веществата и способност да се регулира в широк диапазон чрез промяна на мощността, подавана към изпарителя;

Стерилността на процеса, която позволява при наличие на висок (и, ако е необходимо, свръхвисок) вакуум, да се получат покрития практически без замърсяване.

Всички изпарители се различават един от друг по метода на нагряване на изпареното вещество. На тази основа методите на нагряване се класифицират, както следва: резистивен, индукционен, електронен лъч, лазер и електрическа дъга.

1.1 Резистивно разпрашване

Това е първият метод за тънкослойно покритие във вакуум, който доскоро беше най-широко използван. Неговите отличителни черти са техническата простота, лекота на управление и регулиране на режимите на работа на изпарителя и възможността за получаване на покрития с различен химичен състав.

В резистивните изпарители топлинната енергия за нагряване на изпареното вещество се генерира поради отделянето на джаулова топлина чрез преминаване на електрически ток през нагревателя.

Към материалите, използвани за производството на резистентни изпарителни нагреватели, се налагат следните изисквания.

1. Налягането на парите на нагревателния материал при температурата на изпаряване на отложеното вещество трябва да бъде пренебрежимо малко.

2. Материалът на нагревателя трябва да бъде добре намокрен от разтопеното изпарително вещество, тъй като това е необходимо, за да се осигури добър топлинен контакт между тях.

3. Между материала на нагревателя и изпареното вещество не трябва да се случват химични реакции и не трябва да се образуват летливи сплави на тези вещества, тъй като в в противен случайнанесените филми се замърсяват и нагревателите се унищожават.

За нанасяне на покрития по резистивен метод се използват различни конструкции и методи за изпаряване на метали и сплави. Най-широко използвани са телени, лентови, тигелни и автотигелни изпарители с дискретно действие.

Телните изпарители, чието основно предимство се крие в простотата на устройството и високата ефективност, са изработени от тел от огнеупорни метали (W, Mo, Ta) и се предлагат в голямо разнообразие от форми (под формата на контур, цилиндрична спирала, конична спирала, V-образна форма и др.) . Те се използват за изпаряване на вещества, които овлажняват материала на нагревателя. В този случай стопеното вещество се задържа от сили на повърхностно напрежение под формата на капка върху нагревател на тел. Използваният проводник (обикновено с диаметър от 0,5 до 1,5 mm) трябва да има същото напречно сечение по цялата си дължина, в противен случай поради локално прегряване еднородността на получения слой ще бъде нарушена и в допълнение жицата бързо ще изгоря. При добро овлажняване на нагревателния материал от изпарения метал винаги се осъществява повече или по-малко активно взаимодействие между тях, което в крайна сметка води до разрушаване на изпарителя и намаляване на чистотата на нанесеното покритие. С помощта на телени изпарители могат да възникнат до 4 P в плътен ъгъл.

Лентовите изпарители са направени от тънки листовеогнеупорни метали и имат специални вдлъбнатини (под формата на жлебове, лодки, чаши или кутии), в които се поставя изпарения материал. Използват се за изпаряване на прахообразни материали и неорганични съединения. Тези изпарители, подобно на телените изпарители, са прости по дизайн, но в сравнение с последните консумират повече енергия поради значителни загуби поради топлинно излъчване. Лентовите изпарители имат голяма посока на изпаряване и тяхната практически максимална възможна площ на изпаряване е ограничена от плътен ъгъл от 2 P.

Изпарителите на тигела могат да се използват за изпаряване на материали, които не реагират с материала на тигела и не образуват сплави с него. Изработени са от огнеупорни метали (W, Mo, Ta) от метални оксиди (Al 2 O 3 , BeO, ZrO 2 , ThO 2 и др.) и графит. Огнеупорните стъклени и кварцови тигели могат да се използват и за отлагане на материали с ниска температура на изпаряване.

Тигелите от алуминиев оксид се използват за метали, чиято температура на изпаряване е под 1600 ° C (Cu, Mn, Fe, Sn); тигели от берилиев оксид могат да се използват до температура 1750 o C, ториев оксид - до 2200 o C. При изпаряване на материали при температури от порядъка на 2500 o C се използват графитни тигели. Въпреки това, много материали реагират с въглерод при високи температури, за да образуват карбиди и следователно не могат да бъдат изпарени от такива тигели (например Al, Si, Ti). Be, Ag, Sr се изпаряват ефективно от графитните изпарители. Много оксиди се редуцират активно от въглерода, което прави възможно пречистването на метали с помощта на графитни тигели.

Основното предимство на тигелните изпарители е, че те могат да се използват за изпаряване на голямо количество вещества. В сравнение с телените и лентовите изпарители, те са по-инерционни, тъй като ниската топлопроводимост на материалите не позволява бързо нагряване на изпарения материал. Освен това оксидните тигели не позволяват бързо нагряване поради риск от разрушаването им от термичен удар. Недостатъците на тигелните изпарители трябва да включват и факта, че с тяхна помощ може да се получи само тесен лъч от изпареното вещество.

Прекъснатите повърхностни изпарители се използват за изпаряване на сплави и вещества със сложен състав (например керамично-метални смеси), които се състоят от компоненти с рязко различни скорости на изпаряване. Те използват метода на експлозивно изпаряване. Температурата на повърхността на изпарителя, върху която падат фините частици, е избрана така, че всички падащи частици от сложното вещество моментално да се изпарят. Подаването на фини частици към гореща повърхност се извършва със скорост, различна от скоростта на изпаряване на частиците на това вещество, което осигурява производството на филми с необходимия състав.

Широко разпространение ще получат т. нар. авто-тигелни изпарители, в които капка или вана от разтопен метал влиза в контакт със същия метал в твърдо състояние. Този метод дава възможност за получаване на високочестотни покрития.

За да се получат покрития, характеризиращи се с висока еднородност на структурата и химичния състав, чрез изпаряване на прахообразните материали, първо е необходимо да се извършат процесите на разделяне и пресяване на праха на фракции, щателно механично смесване при използване на прахове с различен химичен състав, дегазиране на праха и отстраняване на отделените газове от обема вакуумна камера.

Методът на резистивно изпаряване има недостатъци, които значително намаляват обхвата на неговото използване. Основните недостатъци на метода включват липсата на забележима йонизация на парите на изпарения материал, трудности при контролиране на основните параметри на потока и висока инерция на изпарителите.

1.2 Индукционно пръскане

Индукционното изпаряване се използва за премахване на нежеланите ефекти, свързани с взаимодействието между изпарителя и изпарителя и за получаване на покрития с висока чистота.

Принципът на действие на tikl с индукционно нагряванепоказано на фиг.3. По време на топенето масата на метала (1) под въздействието на силите на електромагнитното поле, създадено от намотката (2), се повишава по такъв начин, че контактната повърхност на метала, нагрята до висока температура с тигела (3) е минимален. В резултат на това химичните реакции между изпарения метал и тигела са отслабени.

Недостатъците на метода на индукционно нагряване включват невъзможността за директно изпаряване на диелектриците и необходимостта от използване на специални

Индуктори за изпаряване на различни метали, както и ниската ефективност на инсталацията.

1.3 Разпръскване на електронен лъч

AT условията на трудШироко се използват електронно-лъчевите изпарители, които позволяват получаването на тънки филми от метали, сплави и диелектрици. Доброто фокусиране на електронния лъч в тези изпарители дава възможност за получаване на висока концентрация на мощност (до 5 10 8 W/cm 2 ) и висока температура, която прави възможно изпаряването с висока скоростдори и най-огнеупорните материали. Бързото движение на нагрятата зона в резултат на отклонението на потока на електроните, възможността за регулиране и контрол на мощността на нагряване и скоростта на отлагане създават предпоставките за автоматично управление на процеса. Методът позволява да се получи висока чистота и еднородност на отложеното фолио, тъй като се осъществява автокригелно изпаряване на материала.

Принципът на работа на изпарителя с електронен лъч е както следва. В електронния пистолет свободните електрони се излъчват от повърхността на катода и се оформят в лъч под действието на ускоряващи и фокусиращи електростатични и магнитни полета. През изхода на пистолета лъчът се отвежда в работната камера. За провеждане на електронния лъч към тигела с изпарения материал и осигуряване на параметрите на лъча, необходими за този технологичен процес, се използват главно магнитни фокусиращи лещи и магнитни отклоняващи системи. Безпрепятственото преминаване на електронен лъч към обект е възможно само във висок вакуум. В изпарителната камера се задава работно налягане от около 10 -4 Pa. Изпареният материал се нагрява поради бомбардирането на повърхността му с електронен лъч до температура, при която изпаряването става с необходимата скорост. В получения парен поток се поставя субстрат, върху който се получава кондензация. Изпарителното устройство е допълнено със средства за измерване и управление, които са особено важни за управлението на електронния лъч по време на процеса на отлагане.

Основни параметри, постижими в електронно-лъчевите изпарители: 10 4 -10 5 W/cm 2 ; специфична скорост на изпаряване - 2·10 -3 -2·10 -2 g/(cm 2 s); ефективността на процеса на изпаряване (за мед) - 3·10 -6 g/J; енергия на генерираните частици - 0,1-0,3 eV; скоростта на отлагане на частици върху субстрата е 10-60 nm/s.

В най-простия случай електронният лъч се насочва към материала, който трябва да бъде коригиран, вертикално или под наклонен ъгъл спрямо повърхността. В този случай се използват дългофокусни генератори на електронен лъч, за да се осигури фокусиране на лъча и да се получи необходимата специфична мощност върху повърхността на изпарения материал. Значителни недостатъци на това подреждане са възможността за образуване на филми върху детайлите на електронно-оптичната система, което води до промяна в параметрите на електронния лъч и ограничаването използваема площза приспособяване на субстрата поради засенчването на част от технологичната камера от пистолета. Тези недостатъци могат да бъдат избегнати чрез хоризонтално поставяне на пистолета и отклоняване на електронния лъч върху материала, който ще се изпарява, като се използват различни системи, които осигуряват завъртане на пусковата установка под ъгъл до 270°.

Недостатъците на метода на изпаряване с електронен лъч включват:

Необходимостта от високо ускорително напрежение (около 10 kV);

Ниска енергийна ефективност на инсталациите поради консумация на енергия за образуване на вторични електрони (до 25% от енергията на първичния лъч) нагряване на тигела, рентгеново и ултравиолетово лъчение;

Отделяне на газ в работния обем поради вторично електронно бомбардиране на субстрата, технологичното оборудване и стените на камерата;

Генериране на радиационни дефекти в отложените тънки филми при бомбардирането им с вторични електрони;

Няма забележима йонизация на потока на отложената материя;

Лоша адхезия на тънки филми към основата поради ниската енергия на отложените частици.

1.4 Лазерно отлагане

В лазерните изпарители изпаряващото се вещество, поставено във вакуум, се нагрява с помощта на фокусирано лъчение от оптичен квантов генератор (OQG), разположен извън вакуумната камера. Отлагането на филм с лазер е възможно благодарение на следните свойства на лъча: точно фокусиране на излъчване и дозиране на неговата енергия, висока плътност на енергийния поток (10 8 - 10 10 J/cm 2).

Основните предимства на метода на импулсно лазерно отлагане (PLS) са:

Изключително чисти условия на вакуумно изпаряване (източникът на енергия за изпаряване на веществото е извън обема на вакуума, изпаряването се извършва от „собствен тигел“);

Възможността за получаване на филми от най-огнеупорните материали и поддържане на стехиометричния състав на многокомпонентни съединения ( висока плътностенергийният поток на лазерното лъчение и кратката му продължителност позволяват достигане на високи температури - до десетки хиляди градуса, при които всички компоненти се изпаряват в еднаква степен);

Висока моментна скорост на отлагане (103–105 nm/s) и внедрен механизъм за растеж на филм без семена, които осигуряват непрекъснатост на слоевете при дебелина, близка до мономолекулна. Това прави възможно използването на ILN за получаване на ултратънки филми и свръхрешетки;

Използването само на нискоенергийната част от плазмата, която допринася за производството на бездефектни филми, близки по своите параметри до филмите, получени чрез молекулярно-лъчева епитаксия. Импулсният лазер е много успешен тип изпарител за MBE, поради което лазерното отлагане може органично да се впише в оборудването на метода MBE;

Стабилността на слоевете, отложени в 1 импулс с дебелина от 0,1 - 10,0Å/импулс, дава възможност да се програмира отлагането на филми със строго контролирана дебелина;

Висока производителност и производителност.

Понастоящем за ILN се използват високомощни лазери на CO 2 газ (λ=10,6 µm) или твърдотелни рубинови (λ=0,6943 µm) и неодимови (λ= 1,06 µm) лазери. За изпаряване на диелектрици се препоръчва използването на CO 2 лазери, тъй като диелектриците поглъщат по-добре дълговълновото излъчване. Най-добрите резултати при получаването на тънки и ултратънки филми, особено филми от съединения, са получени с помощта на неодимови лазери.

За да се осигури по-добра възпроизводимост на свойствата на филма и да се контролира, контролира и автоматизира технологичният процес, се използва честотният ILN метод, който се състои в последователно отлагане на филм във вакуум на малки порции (по-малко от монослой на 1 импулс), след всеки други на определена честота. За метали и сплави оптималният режим е f = 50 Hz, τ = 10 ns, мощността, освободена на повърхността на мишената, е q = 5 10 8 - 5 10 9 W / cm 2, а за полупроводници и диелектрици 10 kHz, 200 ns и 10 7 - 10 8 W/cm 2 съответно.

Сканирането се използва за подобряване на еднородността и възпроизводимостта на филмовите проби и структури. лазерен лъчвърху неподвижна цел или се движат във вакуумната камера на инсталацията.

Най-важният физичен и технологичен параметър на лазерния метод за получаване на филми, който определя температурата и продължителността на изпаряване, състава и състоянието на изпареното вещество, а чрез тях скоростта и механизма на кондензация, структурата и свойствата на отложен слой, е режимът на работа на лазера. Например, режимът SI (втори импулс) прави възможно изпаряването без дисоциация дори сложни органични съединения, MI (милисекунден импулс) дава пореста фаза с разнообразен набор от молекулярни фрагменти-комплекси, в режим NI (наносекунден импулс) се достигат много високи температури - до десетки хиляди градуса, което води до пълна дисоциация на парата и неговата силна йонизация. Импулсните OCG се използват като правило в режими MI (q=10 6 - 10 7 W/cm 2) и NI (q≥10 9 W/cm 2). Електронно микроскопски беше установено, че филмите, получени в MI режим (q=5 10 5 W/cm 2), са еднакви по дебелина, докато NI-кондензатите (q=10 8 – 10 9 W/cm 2) независимо от материалът на филма, субстрата и дебелината на филма показват "грапавост" с характерен размер от ~50 nm.

Една от важните характеристики на лазерното изпаряване е неговата ефективност – съотношението на изпарената маса m i на импулс към енергията на лазерния импулс Ei:β = mi /Ei.

В резултат на NI взаимодействието на парата с радиацията и парата с целта става значително. В първия момент парата екранира целевата повърхност, интензивно поглъщайки лазерното лъчение. След това започва повторното излъчване на погълнатата енергия. Вторичното излъчване, взаимодействието с целта, води до нейното изпаряване. Поради промяната в механизма на изпарение в режим NI, по-голямата част от енергията на лазерния импулс се изразходва за нагряване на парата и много по-малко за нейното образуване, така че ефективността β, при равни други условия, е много по-ниска (с порядък на величина), отколкото в режим MI. Характерните стойности за ефективността на изпаряване са следните стойности: β MI =0,1 mg/J, β NI =0,01 mg/J. Ефективността на изпаряване може да бъде силно повлияна от намаляването на топлопроводимостта и увеличаването на абсорбцията, които се реализират при използване на прахови мишени.

Когато веществото се изпарява от наносекундни лазерни импулси, се получава ехерал характер на разширението (и следователно кондензация върху субстрата): бързи електрони се движат напред, след това йони с максимален заряд (с енергии до 1000 eV и повече), в края на йонния компонент, йони с минимален заряд и накрая, най-бавната част от снопа е неутралната част (с енергия ~ I EV). Ехелираният характер на разширяването на плазмения сноп води до нехомогенен във времето процес. Процесът на кондензация започва с "йонен шок" - бомбардиране на повърхността на субстрата с високоенергийни йони с висока плътност (може да достигне стотици A/cm). След бързите йони, по-бавната част от групата удря субстрата: йони с нисък заряд и неутрални атоми. Последиците от "йонния шок" могат да бъдат: почистване на повърхността на субстрата, нагряването му, ецване с отваряне на съществуващи дефекти и образуване на нови и целева ерозия. Това от своя страна оказва голямо влияние върху свойствата на кондензата, например върху повишената адхезия на филмите, получени с помощта на лазера.

Трябва да се отбележи, че въпреки импулсния характер на изпарението, поради дисперсията на скоростите на разширение на компонентите на плазмения сноп, скоростта на кондензация може да бъде почти постоянна, ако честотата на повторение на импулса е достатъчно висока, така че f> 1 / τc (τc е времето на кондензация).

Изпаряването на вещество от импулсен лазер се случва при по същество неравновесни условия, при интензивни механични въздействия, причинени от термични напрежения, ударни вълни, газово налягане и др. В резултат на разрушаването на мишената, едновременно с пара или плазма, се образуват твърди и течни микрочастици, които имат скорост на разширение, близка до скоростта на парния съсирек, и причиняват появата на микродефекти в кондензирания филм, т.е. -наречен ефект на пръски. За намаляване на ефекта на пръски могат да се използват различни методи: използване на прахова мишена с последващо дегазиране, бавно (от импулс до импулс) или високоскоростно (по време на един импулс) сканиране.

Интересен структурен аспект на проблема с лазерната кондензация е възможността за получаване на непрекъснати ултратънки кондензати, което е свързано с висока скорост на подаване на пари към субстрата и внедрен механизъм за растеж без семена. Самото понятие "ядро" се свързва със стабилно групиране на атоми, за разлика от подвижните адсорбирани атоми. При ILN няма значително движение на адатоми по време на отлагането на монослой (10 -5 - 10 -7 s): адатомът няма време да се премести на значително разстояние преди нов атом, втори, трети и т.н. ., се появява до него. Растежът на филма става без семена: атомите са прикрепени към кондензирания слой не от повърхностния двуизмерен газ, а директно от парната фаза. Тъй като ILN като метод за получаване на бездефектни тънки и особено ултратънки филми и суперрешетки е разработен само в последните години, досега е прилаган само в изследователски съоръжения.

1.5 Дъгово пръскане

При вакуумно-дъговия метод за отлагане на тънки филми от метали и техните съединения, генерирането на поток от вещество, който представлява основата на покритието, се извършва поради ерозия на електродите електрическа дъга. Принципно е възможно да се използва различни формистационарна вакуумна дъга (дъга със студен консумативен катод; дъга с разпределен разряд върху горещ консумативен катод; дъга с неконсумируем кух катод, изгарящ в парите на анодния материал), чието съществуване се дължи на фундаментално различен поток от самопоследователни процеси на генериране на вещество и емисия на електрони от катода. Въпреки това, само първата форма на вакуумната дъга е намерила широко приложение.

Електрическа дъга със студен консуматив катод се реализира в диапазона на налягането от стотици атмосфери до произволно ниско и представлява нисковолтов (U = 10-30V) високотоков (I = 10 1 - 10 4 A) разряд, изгарящ в пари катоден материал. В този случай генерирането на катодния материал се извършва от катодните петна на вакуумната дъга. В катодните петна се наблюдават и локални процеси на интензивна електронна емисия. Броят на катодните петна е пропорционален на тока на дъгата, плътността на тока в петното е много висока и възлиза на 10 5 - 10 7 A/cm 2 , концентрацията на мощност в катодното петно ​​е 10 7 - 10 8 W/cm 2 .

Изпаряването на катодния материал от областта на катодното петно ​​(с характерни размери 10 -4 - 10 -2 cm) се извършва под действието на йонен лъч с ниско напрежение. В този случай част от продуктите на изпарението се връщат под формата на йонен ток към катода (подпомагайки процесите на генериране и излъчване на електрони), а останалата част от тяхната фракция влиза в обема на системата, образувайки плазма, която представлява ефективен продукт за генериране. Продуктите на генериране, чийто фазов състав се определя главно от вида на катодния материал, съдържа микрокапчици (размер на частиците от няколко микрона и по-малко), пара и йонизирани фази (йони с различна множественост). При огнеупорните метали делът на фазата на падане е по-малко от 1% от общото потребление, при топимите метали - десетки процента. Този метод е особено ефективен за генериране на плазми от огнеупорни метали.

При работа на електродъгов метален изпарител в коаксиален дизайн, катодните петна са склонни да отиват към страничната повърхност на катода (в областта, където разстоянието до анода е минимално). Това изключва възможността за отлагане на филм върху субстрати, разположени над (под) крайната повърхност на катода. За задържане на катодни петна върху крайната повърхност на катода се използват 2 вида структури.

1. Изпарители с електростатично задържане на катодни петна. В конструкции от този тип страничната повърхност на катода, която не подлежи на изпаряване, е покрита от екран, изолиран от електродите на изпарителя. Катодното петно, попадащо върху страничната повърхност на катода (под екрана), престава да съществува, тъй като плазменият поток, който служи като проводник на ток между катодното петно ​​и анода, се прекъсва. За нормална работа на изпарителя с електростатичен екран, токът на дъгата трябва да се увеличи, така че на повърхността на катода да съществуват поне две катодни петна едновременно. В този случай, когато едно петно ​​е изгасено, изгарянето на дъгата се поддържа от други. В много случаи увеличаването на тока на дъгата е нежелателно, тъй като това води до увеличаване на съдържанието на капковата фаза на катодния материал в нанесените покрития, което намалява тяхното качество. Следователно конструкциите от втория тип са намерили най-широко приложение.

2. Изпарители с магнитно задържане на катодни петна.

Задържането на катодни петна върху изпарителната повърхност на катода се извършва с помощта на магнитно поле. Когато катодното петно ​​има тенденция да отиде към страничната повърхност на катода, радиалната компонента на силата, произтичаща от взаимодействието на тока с магнитното поле, насочено под ъгъл към него, задържа катодното петно ​​върху повърхността на изпаряване. Сериозен проблем, който се среща при дъговото изпаряване на студен катод, е ерозията на капчици от катодното петно, което причинява появата на микродефекти в кондензирания филм и може да доведе до намаляване на производителността на покритията. Образуването на капкова фаза е свързано с катодните процеси на вакуумна дъга и зависи както от топлофизичните характеристики на катодния материал ( специфична топлина, коефициент на термична дифузия, точка на топене, специфична топлина на топене, точка на кипене, налягане на наситените пари), състоянието на нейната работна повърхност (наличие на микрограпавини, пукнатини) и вътрешен обем (наличие на газови включвания), както и върху технологичните параметри на покритието) ток на дъгата, отклонение на тока, парциални налягания на газовете в инсталационната камера).

Според съвременните идеи излъчването на течни капчици от катодното петно ​​на вакуумна дъга се получава при образуване на ерозионни кратери върху повърхността на катода и се дължи на ефекта на плазмения натиск върху повърхността на течния метал. Този механизъм на образуване на фазата на капчиците не позволява да се обясни експериментално установената зависимост на съдържанието на микрокапчици в покритието от съдържанието на газови включвания в катода (по-специално фактът на пълното отсъствие на микрокапчици в покритията при използване катоди с газово съдържание по-малко от 10 -6%). Трябва също да се отбележи, че по време на процеса на топене-отмиване на течния филм от страничната повърхност на ерозионния кратер, разширяването на капките трябва да се случва главно под малък ъгъл спрямо повърхността на катода. Междувременно в покритията като правило се фиксират капчици, които се разпръскват по посока на нормата към повърхността на катода. Образуването им е свързано според авторите с процесите на обемно изпаряване (балонно кипене) в катодното петно.

Въз основа на този механизъм могат да се разграничат следните физически значими параметри на процеса на образуване на микрокапчици: концентрацията на газови включвания в катода N 0 (определя броя на центровете на изпаряване, които предизвикват кипене на ядра), концентрацията на мощност в катодното петно ​​q (определя дебелината на слоя на стопилката, живота на мехурчето в стопилката и радиуса на балона, съответстващ на продължителността на неговото съществуване), скоростта на катодното петно ​​(ограничава времевата рамка на процеса).

Основните параметри, характеризиращи инсталациите за нанасяне на покрития по метода на вакуумна електрическа дъга

Специфична скорост на изпаряване - 2 10 -4 -5 10 -3 g / (cm 2 s);

Ефективността на процеса на изпаряване е 2·10 -6 -10 -5 g/J;

Степента на йонизация - 10-90%;

Енергия на генерираните частици – 10 – 100 eV;

Скорост на отлагане ~5 nm/s.

Основните предимства на тънкослойното отлагане чрез вакуумно електрическо дъгово изпаряване включват следното:

Възможност за точно управление на скоростта на нанасяне на покритието чрез промяна на тока на дъгата;

Възможността за контрол на състава на покритието с помощта на няколко катода, изработени от различни материали или композитни (многокомпонентни) катоди;

Висока енергия на плазмената струя, която допринася за получаване на висока адхезия на покритието;

Висока степен на йонизация, която допринася за ефективното агломериране на ядрата и образуването на непрекъснати филми с минимална възможна дебелина;

Възможност за получаване на тънки филми от метални съединения чрез въвеждане на реакционния газ в камерата;

Технологичност на процеса на отлагане, позволяваща използването на компютри за управление на процеса.

епитаксия с разпрашване на електронен лъч

Термичното вакуумно отлагане има редица недостатъци и ограничения, основните от които са следните:

Отлагането на филми от огнеупорни материали (W, Mo, SiO 2 , Al 2 O 3 и др.) изисква високи температури върху изпарителя, при които замърсяването на потока с материала на изпарителя е неизбежно;

Когато се отлагат сплави, разликата в скоростта на изпаряване на отделните компоненти води до промяна в състава на филма в сравнение с първоначалния състав на материала, поставен в изпарителя;

Инерцията на процеса, изискващ въвеждане на амортисьор с електромагнитно задвижване в работната камера;

Неравномерна дебелина на филма, принуждаваща използването на устройства за движение на субстрата и коригиращи диафрагми.

Първите три недостатъка се дължат на необходимостта от високотемпературно нагряване на веществото, а последният се дължи на високия вакуум в работната камера.

Принципът на действие на устройствата за йонно разпрашване се основава на такъв физически явления, като йонизация на газови частици, светещ разряд във вакуум и разпръскване на вещества чрез бомбардиране с ускорени йони.

Йонизацията е процес на превръщане на неутрални газови частици (атоми и молекули) в положително заредени йони. Същността на този процес е следната. Газът между два електрода винаги съдържа няколко свободни електрона. Ако между електродите анод и катод - създайте електрическо поле, това поле ще ускори свободните електрони. При среща с неутрална газова частица, ускореният първичен електрон избива вторичен електрон от него, превръщайки неутралната газова частица в положително зареден йон. Така в резултат на сблъсъка се появява нова двойка заредени частици: избит вторичен електрон и положително зареден йон.

Отразеният първичен електрон и вторичният електрон от своя страна могат да бъдат ускорени от електрическото поле и при взаимодействие с неутрални газови частици да образуват по двойка заредени частици. Така се развива лавинообразен процес на поява на два вида заредени частици в газова среда и газът, намиращ се в нормални условияелектрическият изолатор се превръща в проводник.

Съвременните представи за процеса на взаимодействие, водещ до разпрашване, предполагат, че в резултат на проникването на йон в материал възниква каскада от бинарни еластични сблъсъци на изместени атоми, при които енергията и импулсът се обменят между атомите. Средното време за развитие на каскада от сблъсъци е около 2·10 -13 s. Крайният резултат от каскада от сблъсъци може да бъде прехвърлянето към повърхностен атом (в слой с дебелина ~1 nm) на достатъчна енергия и необходимия импулс в желаната посока (в посока на интерфейса твърдо-вакуум) за преодоляване на неговата свързващи сили върху повърхността, което води до разпрашаване.

Процесът на разпрашване чрез йонно бомбардиране е "студен" процес, т.к атомният поток от материя върху субстрата се създава чрез бомбардиране на повърхността на твърда проба (мишена) с йони на инертен газ и възбуждане на атомната повърхност до енергия, надвишаваща енергията на свързване със съседните атоми. Потокът от йони, необходими за това, се създава в електрически газов разряд, за който налягането на газа в работната камера трябва да бъде в рамките на 0,1 × 10 Pa, т.е. няколко порядъка по-висок, отколкото в камерата на инсталацията за термично вакуумно отлагане.

Последното обстоятелство води до разпръскване на потока от атоми от целта и увеличаване на еднородността на дебелината на нанесения филм до ±1% и без използването на допълнителни устройства.

Методът на йонно разпрашване се основава на бомбардиране на мишена, изработена от отложен материал с бързи частици. Частиците, избити от целта в резултат на бомбардиране, образуват поток от отложен материал, който се отлага под формата на тънък филм върху субстрати, разположени на известно разстояние от целта.

Важен фактор, определящ експлоатационните характеристики и дизайна на инсталациите за йонно разпрашване, е методът за генериране на йони, бомбардиращи целта. Съответно, инсталациите за йонно разпрашване са оборудвани с обикновена двуелектродна или магнетронна система.

2.1 Катодно разпрашване

Режими на катодно разпрашване.

Фигура 6а показва характеристиката ток-напрежение на разряда. Когато се приложи постоянно напрежение от няколко киловолта, възниква пробив на междуелектродната междина, бързо нарастване на тока и спад на напрежението в разряда (област на запалване на разряда I). С увеличаване на тока на разряд поради намаляване на съпротивлението Rn, площта на катода-мишена, покрита от разряда, се увеличава, плътността на разрядния ток и напрежението на разряд остават постоянни и ниски, а скоростта на разпръскване е ниска (нормално зона на светещ разряд II). В област III цялата целева област е покрита от разряда и увеличаването на разрядния ток води до увеличаване на плътността на разрядния ток, напрежението на разряд и скоростта на разпръскване. Зона W, наречена зона на необичаен светещ разряд, се използва като работна зона в процесите на катодно разпрашване. За предотвратяване на прехода към областта на дъговия разряд (регион IV), интензивен водно охлажданецели и ограничаване на захранването по отношение на мощността.

На фиг. 6б, работната зона III на CVC е подчертана. Стръмността на характеристиката в този регион зависи от налягането на работния газ, в нашия случай аргон. Работна точка, който характеризира режимите на обработка - налягане на газа P, ток J p и разрядно напрежение U p, лежи върху характеристиката на натоварването на източника на захранване

(2.1)

където U p - захранващо напрежение.

От друга страна, целевата скорост на разпръскване W g/cm 2 ×s

(2.2)

където C е коефициент, характеризиращ вида на разпръсквания материал и вида на работния газ;

U nk - нормален спад на напрежението на катода (регион II CVC);

j p - плътност на разрядния ток;

d TP е ширината на тъмното катодно пространство.

От (2.2) следва, че максималната скорост на разпръскване се постига при максималната мощност, отделена в разряда. Според характеристиката на натоварване (2.1)

(2.3)

В същото време тя е ясно дефинирана оптимална стойностработно налягане на газа. Изборът на стойностите на U n и R n, както беше казано, трябва да предотврати прехода към областта на дъговия разряд, в която големи частици се изхвърлят от целта и отлагането на тънък, равномерен филм става невъзможно .

2.2 Магнетронно разпрашване

Ограниченията и недостатъците на процеса на катодно разпрашване включват:

Възможността за разпръскване само на проводими материали, способни да излъчват електрони в разряда, които йонизират аргоновите молекули и поддържат изгарянето на разряда;

Ниска скорост на растеж на филма (няколко nm/s) поради значително разпръскване на атомите на разпръснатия материал в обема на работната камера.

Разнообразие от методи, базирани на светещ разряд, е магнетронното разпрашване. Системите за разпръскване на магнетронни йони принадлежат към диодни системи за разпръскване, при които атомите на разпръснатия материал се отстраняват от повърхността на мишената, когато тя е бомбардирана с йони на работен газ (обикновено аргон), генерирани в аномалната тлееща плазма. За да се увеличи скоростта на разпръскване, е необходимо да се увеличи интензивността на йонно бомбардиране на целта, т.е. плътността на йонния ток върху повърхността на мишената. За тази цел се използва магнитно поле B, чиито силови линии са успоредни на напръсканата повърхност и перпендикулярни на силовите линии на електрическото поле E.

Катодът (мишената) се поставя в кръстосано електрическо (между катода и анода) и магнитно поле, създадено от магнитната система. Наличието на магнитно поле в близост до разпръснатата мишена повърхност дава възможност да се локализира плазмата на аномалния светещ разряд директно върху целта. дъги линии на сила B се затваря между полюсите на магнитната система. Целевата повърхност, разположена между точките на вход и изход на силовите линии B и интензивно разпръсната, има формата на затворена писта, чиято геометрия се определя от формата на полюсите на магнитната система. Когато се приложи постоянно напрежение между целта (отрицателен потенциал) и анода (положителен или нулев потенциал), възниква нехомогенно електрическо поле и се възбужда необичаен светещ разряд. Електроните, излъчени от катода под действието на йонна бомбардировка, се улавят от магнитното поле и се оказват сякаш в капан, създаден, от една страна, от магнитното поле, връщащо електроните към катода, а от от друга страна, от повърхността на мишената, отблъскваща електроните. В резултат на това електроните извършват сложно циклоидно движение близо до повърхността на катода. По време на това движение електроните претърпяват множество сблъсъци с атоми на аргон, осигурявайки висока степен на йонизация, което води до увеличаване на интензивността на йонно бомбардиране на целта и съответно значително увеличаване на скоростта на разпръскване.

Основни параметри на системите за магнетронно йонно разпрашване:

Специфична скорост на пръскане - (4-40) 10 -5 g/(cm 2 s);

Ефективността на процеса на генериране (за мед) - 3·10 -6 g/J;

Енергия на генерираните частици - 10-20 eV;

Енергията на отложените частици е 0,2-10,0 eV;

Скорост на отлагане 10-60 nm/s;

Работно налягане - (5-50) 10 -2 Pa.

Основните предимства на системите за магнетронно разпръскване включват:

Високи скорости на пръскане при ниски работни напрежения (≈500 V) и ниско налягане на работния газ;

Ниски радиационни дефекти и липса на прегряване на субстрата;

Малка степен на замърсяване на филмите с чужди газови включвания;

Възможността за получаване на филми с еднаква дебелина върху голяма площсубстрати.

2.3 Високочестотен спрей

Високочестотното разпрашване започва да се използва, когато е необходимо да се прилагат диелектрични. Металите и полупроводниковите материали обикновено се разпръскват при постоянно напрежение върху целта. Ако целевият материал е диелектрик, тогава при постоянно напрежение на целевия електрод, разпръскването бързо спира, тъй като повърхността на диелектрика придобива положителен потенциал по време на йонно бомбардиране, след което отразява почти всички положителни йони. За да се извърши процесът на диелектрично разпръскване, е необходимо периодично да се неутрализира положителният заряд върху него. За тази цел се прилага RF напрежение с честота 1–20 MHz върху метална плоча, разположена непосредствено зад разпръснатата диелектрична цел (честотата от 13,56 MHz, която е разрешена за промишлена употреба, е най-широко използваната за RF разпръскване ).

При отрицателна полувълна на напрежението върху диелектричната цел (катод) се получава обикновено катодно разпръскване. През този период повърхността на мишената се зарежда с положителни йони, в резултат на което йонното бомбардиране на целта спира. При положителна полувълна на напрежението целта се бомбардира с електрони, които неутрализират положителния заряд върху повърхността на мишената, позволявайки разпръскване в следващия цикъл.

Основните параметри, постижими при HF-пръскащите материали:

Специфична скорост на разпръскване - 2·10 -7 - 2·10 -6 g/(cm 2 s);

Ефективността на процеса на пръскане (за мед) - 6·10 -7 g/J;

Енергия на генерираните частици – 10-200 eV;

Скорост на отлагане - 0,3-3,0 nm/s;

Енергията на отложените частици е 0,2-20 eV;

Работното налягане в инсталационната камера е 0,5-2,0 Pa.

2.4 Разпръскване на плазмени йони в несамоподдържащ се газов разряд

В системите за разпръскване от този тип, изгарянето на газовия разряд се поддържа от допълнителен източник (магнитно поле, RF поле, термичен катод). Фигура 7 показва система за разпръскване с три електрода, в която като допълнителен източник на електрони се използва термичен катод.

Горещият катод (1) излъчва електрони към анода (3). Този поток йонизира остатъчния газ, поддържайки разряда да гори. Върху разпръснатата мишена (2) се прилага висок отрицателен потенциал, в резултат на което положителните плазмени йони (4) се изтеглят върху мишената и бомбардират нейната повърхност, причинявайки разпръскването на материала на мишената. Подпорите (5) са разположени срещу целта и върху тях се отлага разпръснатият материал.

Използването на несамостоятелен газов разряд дава възможност за нанасяне на покрития при ниско работно налягане в инсталационната камера (5 10 -2 Pa), което осигурява намаляване на концентрацията на газовете, уловени във филма, както и като увеличение на средната енергия на отложените частици поради намаляване на броя на сблъсъците на разпръснати частици с газови молекули по пътя към субстрата.

Скоростта на разпръскване в разглежданата 3-електродна система се контролира от тока на топлинна катодна емисия, налягането в камерата за настройка и целевото напрежение и може да варира в широк диапазон (1-1000 A/min).

По този начин предимствата на триодните системи за разпръскване в сравнение със стандартните диодни разпрашителни системи включват: по-високи скорости на отлагане; намаляване на порьозността и увеличаване на чистотата на отложените филми; повишаване на адхезията на филмите към субстратите.

Класическият метод за получаване на чисти повърхности за много материали е изпаряването и кондензацията в свръхвисок вакуум. Тънките филми от метали или елементарни полупроводници, получени чрез вакуумно изпаряване, обикновено са поликристални или аморфни, т.е. при тях е невъзможна определена кристалографска ориентация на повърхността.

Технологията на многослойните структури трябва да гарантира високото качество на растежа на материалите на слоевите структури и съвършенството на интерфейсите между тези материали. Само в този случай могат да се реализират потенциалните възможности, присъщи на полупроводниковите свръхрешетки и многослойните магнитни структури.

За получаване на тънки висококачествени филми и многослойни структури най-често се използват механизмите на епитаксиален растеж на филмовия материал върху съответния монокристален субстрат. Най-широко използваният метод е молекулярно-лъчева епитаксия (MBE), която дава възможност да се образуват перфектни монокристални слоеве от различни материали при условия на свръхвисок вакуум. Този метод е успешно използван за отглеждане на тънки филми от полупроводници, метали, диелектрици, магнитни материали, високотемпературни свръхпроводници и много други вещества. Към днешна дата е натрупано доста голямо количество както теоретични изследвания, така и практическа работа в тази област, така че технологията MBE е най-разпространеният метод за получаване на полупроводникови свръхрешетки и многослойни магнитни структури.

През последните години технологията на растеж от газова фаза с използване на органометални съединения (RGF MOS) става все по-широко разпространена за отглеждане на полупроводникови свръхрешетки. Този метод също така използва процеса на епитаксиален растеж на материали върху нагрят субстрат по време на термичното разлагане на металоорганични съединения. Механизмите на растеж в метода RHF MOS не са проучени толкова задълбочено, както в MBE, но повечето от полупроводниковите съединения A III B V , A II B IV и A IV B VI се отглеждат успешно по този метод.

От методите на епитаксиален растеж, течнофазовата епитаксия, при която се получават монокристални слоеве от пренаситени разтвори в контакт със субстрата, също може да се използва за получаване на полупроводникови свръхрешетки. С понижаване на температурата излишно количество от полупроводника се отлага от разтвора върху субстрата, което е свързано с намаляване на разтворимостта на полупроводниковия материал. Най-добри резултати се получават при течнофазова епитаксия за полупроводникови съединения тип A III B V и техните твърди разтвори. Многослойни полупроводникови структури се получават в многокамерни реактори за течнофазова епитаксия чрез последователно създаване на контакт с различни стопилки.

Тънки магнитни филми и многослойни магнитни структури могат да бъдат получени чрез различни методи на разпрашване, включително високочестотно и магнетронно разпрашване. Тези методи позволяват да се получат слоеве от почти всякакъв състав. Някои изследователи смятат, че най-добрите възможности за технологията на многослойните магнитни структури са различни методиелектролитно отлагане.

3.1 Механизми на епитаксиален растеж на тънки филми

Проблемите, свързани с механизмите на растеж, стават изключително важни при създаването на хетероструктури и многослойни структури, които изискват най-висока степен на хомогенност на състава при дебелина по-малка от 100 Å.

Най-важните отделни атомни процеси, съпътстващи епитаксиалния растеж, са както следва:

Адсорбция на съставни атоми или молекули върху повърхността на субстрата;

Повърхностна миграция на атоми и дисоциация на адсорбирани молекули;

Прикрепване на атоми към кристалната решетка на субстрата или епитаксиалните слоеве, отгледани по-рано;

Термична десорбция на атоми или молекули, които не са вградени в кристалната решетка.

Кондензацията върху субстрата на нов материал от газовата фаза се определя от скоростта на сблъсък на атоми или молекули със субстрата (броя на частиците, пристигащи за единица време на единица площ)

(3.1)

където p е налягането на парите, M е молекулното тегло на частиците, k е константата на Болцман и T е температурата на източника.

Частица, кондензирана от газовата фаза, може незабавно да напусне повърхността на субстрата или да дифундира върху повърхността. Процесът на повърхностна дифузия може да доведе до адсорбция на частица върху повърхността на субстрата или нарастващ филм, или до процес на повърхностно агрегиране, придружен от образуването на нова кристална фаза на кондензирания материал върху повърхността на ядра. Адсорбцията на отделни атоми, като правило, се случва на етапи на растеж или други дефекти. Играе се атомният процес на интердифузия, при който атомите на филма и субстрата си разменят местата важна роляпо време на епитаксиален растеж. В резултат на този процес границата между субстрата и растящия филм става по-гладка.

Повърхностните процеси, придружаващи епитаксиалния растеж по време на MBE, могат да бъдат описани количествено. Всеки от отделните атомни процеси, разгледани по-горе, се характеризира със собствена енергия на активиране и може да бъде представен в първо приближение с експоненциален закон. Скорост на десорбция, например

(3.2)

където E d е енергията на активиране на процеса на десорбция, T s е температурата на субстрата.

На феноменологично ниво има три основни типа растеж на тънки епитаксиални филми:

1. Растеж на слой по слой. С този механизъм на растеж всеки следващ слой от филма започва да се образува едва след като растежът на предишния слой приключи напълно. Този механизъм на растеж се нарича още растеж на Франк-ван дер Мерве (FM). Растежът слой по слой възниква, когато взаимодействието между субстрата и слоя от атоми е много по-голямо, отколкото между най-близките атоми в слоя. Схематично представяне на растежа на филма слой по слой за различно покритие  (във фракции от монослоеве ML) е показано на фиг. 3. 8, а.

2. Островен растеж или растеж на Vollmer-Weber (островен растеж, Vollmer Weber, VW). Този механизъм е точно обратното на растежа слой по слой. Условието за прилагането му е преобладаването на взаимодействието между най-близките атоми над взаимодействието на тези атоми със субстрата. С островния механизъм на растеж веществото от самото начало се утаява на повърхността под формата на многослойни конгломерати от атоми (виж фиг. 8б).

3. Междинно място между тези два механизма е растежът на Странски-Кръстанов (СК, слой плюс остров расте), при който първият слой покрива изцяло повърхността на субстрата, а върху него растат триизмерни филмови острови. Много фактори могат да доведат до този механизъм, по-специално доста голямо несъответствие между параметрите на кристалните решетки на филма и субстрата (виж фиг. 8в).

Условието, което ограничава изпълнението на един или друг механизъм на растеж, може да се получи от анализ на връзките между коефициентите на повърхностно напрежение между субстрата и вакуума  S , между филма и вакуума  F и между субстрата и филма  S / F (фиг. 9).

Коефициентът на повърхностно напрежение на повърхността е равен на свободната енергия на единица повърхност. Съответно тези коефициенти определят силите на повърхностно напрежение, действащи на елемент с единична дължина на интерфейса. Съгласно това определение, силата dF, действаща върху безкрайно малък елемент dl от интерфейса между две среди, е равна на

От условието на равновесие за всеки елемент от дължината на контактната линия на субстрата, триизмерен филмов остров и вакуум (фиг. 9.) получаваме

където  - контактен ъгъл, т.е. ъгълът, образуван от допирателната към повърхността на филмовия остров и повърхността на субстрата.

Ако контактният ъгъл е нула, тогава островът се „разпростира“ тънък слойвърху повърхността на субстрата, което съответства на механизма на растеж слой по слой. Това условие води до следната връзка между коефициентите на повърхностно напрежение:

, растеж по слой (3.4)

Ако , се реализира механизмът на растеж на острова, чието условие е

растеж на островчета (3,5)

За по-пълно извеждане на условията, при които се реализира един или друг механизъм на растеж, е необходимо да се вземе предвид ефектът върху състоянието на равновесие между образувания филм и субстрата на газовата фаза в областта на растеж на филма.

Често в литературата се разглежда друг механизъм на растеж - статистически валежи. При този механизъм на растеж на филма атомите на отложеното вещество са разположени на повърхността според разпределението на Поасон, сякаш са хвърлени случайно и просто биха се залепили на мястото на удара.

3.2 Молекулярно-лъчева епитаксия

Молекулярно-лъчева епитаксия (MBE) по същество е развитие към съвършенство на технологията за вакуумно отлагане на тънки филми. Неговата разлика от класическата технология на вакуумно отлагане е свързана с по-високо ниво на контрол на процеса. При метода MBE тънки монокристални слоеве се образуват върху нагрят монокристален субстрат поради реакции между молекулярни или атомни лъчи и повърхността на субстрата. Високата температура на субстрата насърчава миграцията на атомите по повърхността, в резултат на което атомите заемат строго определени позиции. Това определя ориентирания кристален растеж на образувания филм върху монокристален субстрат. Успехът на процеса на епитаксия зависи от съотношението между параметрите на решетката на филма и субстрата, правилно избраните съотношения между интензитетите на падащите лъчи и температурата на субстрата. Когато монокристален филм расте върху субстрат, който се различава от филмовия материал и не влиза в химическо взаимодействие с него, този процес се нарича хетероепитаксия. Когато субстратът и филмът не се различават по химичен състав или леко се различават един от друг, процесът се нарича хомоепитаксия или автоепитаксия. Ориентираният растеж на филмовите слоеве, който влиза в химично взаимодействие със субстратното вещество, се нарича хемоепитаксия. Интерфейсът между филма и субстрата има същата кристална структура като субстрата, но се различава по състав както от филмовия материал, така и от материала на субстрата.

В сравнение с други технологии, използвани за отглеждане на тънки филми и многослойни структури, MBE се характеризира предимно с ниска скорост на растеж и относително ниска температура на растеж. Предимствата на този метод включват възможността за рязко прекъсване и последващо възобновяване на подаването на молекулярни лъчи от различни материали към повърхността на субстрата, което е най-важно за образуването на многослойни структури с остри граници между слоевете. Възможността за анализ на структурата, състава и морфологията на нарастващите слоеве по време на тяхното формиране чрез дифракция на отразени високоенергийни електрони (HEED) и Оже електронна спектроскопия (AES) също допринася за получаването на перфектни епитаксиални структури.

По-долу на фиг.10. е показана опростена диаграма на камерата за растеж на MBE.

Изпаряването на материали, отложени в свръхвисок вакуум върху субстрат, фиксиран върху манипулатор с нагревателно устройство, се извършва с помощта на ефузионни клетки (изливът е бавно изтичане на газове през малки дупки). Схемата на ефузионната клетка е показана на фиг.11. Ефузионната клетка е цилиндрично стъкло, изработено от пиролитичен борен нитрид или графит с висока чистота. Отгоре на тигела има нагревателна намотка, изработена от танталова тел и топлинен щит, обикновено изработен от танталово фолио.

Ефузионните клетки могат да работят в температурен диапазон до 1400 0 C и да издържат на краткотрайно нагряване до 1600 0 C. За изпаряване на огнеупорни материали, използвани в технологията на тънки магнитни филми и многослойни структури, изпарителният материал се нагрява чрез електронно бомбардиране. Температурата на изпареното вещество се контролира от волфрам-рениева термодвойка, притисната към тигела. Изпарителят е монтиран на отделен фланец, на който има електрически контакти за захранване на нагревателя и термодвойка. По правило няколко изпарителя са разположени в една растежна камера, всеки от които съдържа основните компоненти на филмите и добавките.

Камерите за растеж на съвременните технологични комплекси MBE са оборудвани като правило с квадруполен мас спектрометър за анализ на остатъчната атмосфера в камерата и контрол на елементния състав по време на целия технологичен процес. За да се контролира структурата и морфологията на образуваните епитаксиални структури, в камерата за растеж е разположен и дифрактометър от отразени бързи електрони. Дифрактометърът се състои от електронен пистолет, който генерира добре фокусиран електронен лъч с енергия от 10-40 keV. Електронният лъч пада върху субстрата малък ъгълдо неговата равнина, разпръснатите електронни вълни дават дифракционна картина на луминесцентен екран. Често в камери за растеж или в многокамерни MBE комплекси, камерата за подготовка и анализ на субстрати и епитаксиални структури съдържа електронен пистолет с енергиен анализатор на вторични електрони и йонен пистолет за почистване на субстрати чрез йонно ецване и послоен анализ на състава на епитаксиалните структури.

Най-важната за технологичния процес зона на растежната камера се намира между ефузионните клетки и субстрата (фиг. 10). Тази зона може да бъде разделена на три зони, които са обозначени на фигурата с числата I, II и III. Зона I е зоната на генериране на молекулярни лъчи; в тази зона молекулярните лъчи, генерирани от всяка от ефузионните клетки, не се пресичат и не влияят един на друг. Във втората зона (зона II - зоната на смесване на изпарени елементи) молекулярните лъчи се пресичат и настъпва смесване различни компоненти. Зона III, зоната на кристализация, се намира в непосредствена близост до повърхността на субстрата. В тази зона се получава епитаксиален растеж по време на епитаксия с молекулярни лъчи.

В индустрията, изследователските лаборатории, автоматизираните многомодулни комплекси за молекулярно-лъчева епитаксия сега са широко използвани. Модулът е част от инсталацията, отличаваща се с функционални и дизайнерски характеристики. Модулите се делят на технологични и спомагателни. Всеки технологичен модул е ​​предназначен за извършване на специфичен технологичен процес (почистване на субстрати и анализ на тяхното повърхностно състояние, епитаксия на полупроводникови филми, отлагане на метали и диелектрици и др.). Спомагателните модули са например модул за товарене и разтоварване на субстрати, модул за предварително евакуиране и дегазиране на вакуумни камери и др. В зависимост от технологичните задачи комплексът за MBE може да бъде оборудван с различен брой специализирани модули, свързани помежду си чрез Gateway устройства и система за преместване на субстрати и проби от един модул в друг, без да се нарушава вакуума.

Тенденциите в развитието на разработките в посока създаване на инсталации за MBE са свързани с нарастващото използване на вградено аналитично оборудване и автоматизация на технологичния процес, което дава възможност да се подобри възпроизводимостта на свойствата на отглежданите епитаксиални структури и създават сложни многослойни структури. Аналитичното оборудване на комплекса е представено в PAP модула от вграден Оже спектрометър и йонен пистолет за почистване на субстрати и Оже профилиране. Всеки от EPS и EPM блоковете съдържа мас спектрометър за наблюдение на остатъчни газове и молекулярни лъчи и дифрактометър с отразени бързи електрони за наблюдение на структурата и морфологията на епитаксиалните слоеве по време на растеж. В допълнение към вакуумно-механичната система, комплексът включва автоматизирана система за управление на процеса, която ви позволява самостоятелно и едновременно да управлявате технологични процеси, както под контрола на оператор, така и в автоматичен режим.

Тънките филми се използват широко в инженерството като износоустойчиви, устойчиви на корозия, антифрикционни, защитно-декоративни и други покрития. Те са намерили широко приложение в оптиката (поляризиращи филтри, лъчеделители, антирефлексни покрития и др.) и в електронната индустрия при производството на устройства и интегрални схеми (омични контакти, токопроводи, производство на кондензатори, устройства на магнитни филми, полупроводникови епитаксиални филми).

литература

1. Епифанов Г. И., Мома Ю. А. Физически принципи на проектиране и технология на REA и EVA: Учебник за университети. - М.: Съветско радио, 1979. - 352 с.

2. Вакуумно отлагане на филми в квазизатворен обем. М., „Съветско радио“, 1975, 160 с. / Ю. З. Бубнов, М. С. Лурие, Ф. Г. Старос, Г. А. Филаретов.

3. Технология на полупроводникови устройства и микроелектронни изделия. В 10 книги: Proc. Помощ за професионални училища. Книга. 6. Отлагане на филми във вакуум / Minaichev V. E. - M.: Vyssh. училище, 1989. - 110 с.: ил.

4. Ефимов И. Е. и др. Микроелектроника. Физико-технологични бази, надеждност. Proc. Помощ за университети. М: „По-високо. училище”, 1977. – 416 с. от болен.

5. G. D. Karpenko и V. L. Rubinshtein, Съвременни методи за генериране на отложено вещество при прилагане на тънкослойни покрития във вакуум. Минск: БелНИИНТИ, 1990 - 36 с.

6. Костжицки А. И., Лебедински. Многокомпонентни вакуумни покрития. -М: "Инженерство", 1987 - 207 с.

7. Butovsky KG, Lyasnikov VN Напръскани покрития, технология и оборудване. – Саратов: „Държавен съд в Саратов. технология университет”, 1999 – 117 с.

8. Кудинов В. В., Бобров Г. В. Нанасяне на покрития чрез пръскане. Теория, технология и оборудване. - М .: "Металургия", 1992 - 431 с.

9. О. С. Трушин, В. Ф. Бочкарев, В. В. Наумов. Симулация на процеси на епитаксиален растеж на филми в условия на йонно-плазмено отлагане.//Микроелектроника, 2000, том 29, №4, стр. 296-309

навигация:

Процесът на вакуумно отлагане се състои от група методи за отлагане на покрития (най-тънките филми) във вакуумна сфера, при която компенсацията се получава от действието на директна кондензация на парата, причинена от елемента.

Има следните етапи на вакуумно отлагане:

• Производство на газове (пара) от компоненти, които произвеждат компенсация;
• Пренос на пара до субстрата;
• Натрупване на пари в основата и създаване на разпрашване;

Списъкът на методите за вакуумно отлагане включва следните научни и технически движения, както и бързи видове тези операции.

Списък на методите за термично пръскане:

• Изпаряване с галваничен лъч;
• Изпаряване с лазерен лъч.

Вакуумно дъгово изпаряване:

• Суровината се изпарява в катодното място, електрическа дъга е отговорна за това;
• Епитаксия с помощта на молекулен лъч.

йонно разсейване:

• Оригиналните суровини се разпръскват чрез бомбардиране с йонни лъчи и удар върху субстрата.

Приложение

Вакуумната компенсация се използва за разработване на плоскостни компоненти, устройства и механизми на експлоатационни покрития - проводници, изолатори, устойчиви на износване, устойчиви на корозия, устойчиви на ерозия, антифрикционни, противозалепващи, бариерни и други. Тези манипулации се използват за нанасяне на декоративни покрития, например при сглобяване на часовници с позлатена повърхност и покритие на рамки за очила. Една от основните операции на микроелектрониката, където се използва с цел нанасяне на проводими слоеве (метализация). Вакуумната компенсация се използва за извличане на оптични покрития: антирефлексни, отразяващи, филтриращи.

В научната и техническата област може да се въведе химически активен газ, например ацетилен (за целите на покрития, които въвеждат въглерод), неметал, въздушно пространство. Chem. реакцията в равнината на субстратите се задейства от нагряване или от йонизация и дисоциация на газове в една от конфигурациите на газовата система.

Благодарение на използването на методи за вакуумно отлагане се получава покритие, чиято дебелина може да бъде няколко ангстрьома или да достигне много микрона, като правило, в резултат на отлагане, повърхността не изисква допълнителна обработка.

Методи за вакуумно отлагане

Съдбата на всяко от зърната на пръскания компонент при удар с повърхността, съставните части, зависи от неговата енергия, равнинна температура и химикал. афинитет на филмовите елементи и съставки. Атомите или молекулите, които са достигнали равнината, имат всяка възможност или да се отразят от нея, или да бъдат адсорбирани и след определен период от време да я напуснат (десорбция), или да бъдат адсорбирани и да създадат кондензат в равнината ( уплътнител). При високи енергии на зърното, висока плоска температура и незначителен химикал афинитет, елементът се отразява от повърхността. Температурата на равнината на детайла, над която всички частици се отразяват от нея и слоят не се образува, се нарича сериозна температура на вакуумно отлагане, нейното значение зависи от естеството на елементите на филма и равнината на компонентите , и за състоянието на самолета. При изключително ниски потоци на изпарими елементи, включително в случая, когато тези частици се адсорбират в равнината, но рядко се срещат с други подобни частици, те се десорбират и не могат да създадат ядра, тоест слоят изобщо не расте. Сериозната честота на потока от изпарителни компоненти за дадена температура на равнината е най-ниската плътност, при която частиците кондензират и образуват покритие.

Вакуумно плазмено пръскане

Съгласно този метод се получават тънки филми с дебелина 0,02-0,11 μm в резултат на нагряване, изпаряване и отлагане на компонента върху субстрата в отделна камера под налягане на сгъстен газ в нея. В камерата с помощта на вакуумна помпа се създава най-голям ефект на остатъчни газове, приблизително 1,2x10-3 Pa.

Работната камера е метална или стъклена капачкас концепцията за външно водно охлаждане. Камерата е разположена в централната плоча и създава вакуумно защитена връзка с нея. Субстратът, в който се извършва отлагането, е фиксиран върху държача. В близост до основата е нагревател, който загрява основата до 2400-4400 °C, за да подобри адхезията на нанесения филм. Кондензаторът включва нагревател и източник на пръскания компонент. Преходният демпфер затваря парния поток от изпарителя към основата. Компенсацията продължава за времето, през което затворът не е затръшнал.

За загряване на пръскания компонент се използват основно 2 вида изпарители:

• Многожичен или двулентов топлообменник с директно нагряване, изработен от волфрам или молибден;
• Електронно-радиални изпарители с нагряване на изпарения компонент чрез галванично бомбардиране.

Експлозивното изпаряване се използва за отлагане на филми от многокомпонентни елементи. В този случай кондензаторът се нагрява до 15000 ° C и се поръсва с прах от смес от изпарими елементи. По подобен методвъзможно е придобиване на композитни покрития.

Някои популярни елементи за покритие (например злато) имат лоша адхезия към силиций и други полупроводникови елементи. В случай на нискокачествено сцепление на изпарителния елемент към основата, изпарението се полага на 2 слоя. Първо, върху субстрата се нанася слой от сплав, който има отлична адхезия към полупроводниковия субстрат. След това се напръсква основният слой, при който преди това прилепването към подслоя е било отлично.

Йонно-вакуумно отлагане

Този метод се състои в разпръскване на елемента на причинителя, присъстващ пред отрицателния потенциал, поради бомбардирането от йони на неактивен газ, което възниква по време на възбуждането на тлеещ разряд вътре в инсталацията за вакуумно отлагане.

Материалът на отрицателно зареден електрод се разпръсква под въздействието на йонизирани атоми на неактивен газ, удрящ го. Тези разпръснати преходни атоми се отлагат върху субстрата. Основното предимство на метода на йонно-вакуумно отлагане е липсата на необходимост от загряване на изпарителя до висока температура.

Механизъм на възникване на преливащия изхвърляне. Загниващият разряд се следи в камери с ниско газово налягане между 2 метални електрода, към които се подава високо напрежение до 1-3 kW. В този случай отрицателният електрод обикновено е заземен. Катодът е мишена с разпръснат елемент. Въздушното пространство се евакуира предварително от камерата, след което газът се пуска до налягане от 0,6 Pa.

Светещият разряд получи името си поради наличието на така нареченото светещо сияние в целта (катод). Това излъчване се дължи на големия спад на капацитета в тесния резервоар с пространствен заряд близо до катода. В непосредствена близост до TC зоната е зоната на тъмното петно ​​на Фарадей, което преминава в положителната колона, която е самостоятелна част от разряда, напълно неподходяща от други слоеве на разряда.

Освен това близо до анода има малък слой пространствен заряд, наречен аноден слой. Друг елемент от междуелектродната междина се улавя от квазинеутралната плазма. По подобен начин в камерата се проследява растерно сияние от редуващи се тъмни и светли ивици.

За преминаването на тока между електродите е необходимо стабилно излъчване на катодни електрони. Това излъчване може да бъде предизвикано под принуда чрез нагряване на катода или чрез облъчването му с ултравиолетова светлина. Този вид изхвърляне не е самоподдържащо се.

Вакуумно покритие на алуминий

В някои случаи, особено при пръскане на пластмаса, се използва алуминиево покритие и този метал е сравнително лека суровина и изобщо не е устойчив на износване, в този случай някои специални научни и технически методи. Потребителят трябва да разбере, че подобни компоненти са най-добре защитени от замърсяване веднага след щамповането и освен това е нежелателно да се използват различни смазочни прахове и прахове във форми.

Вакуумно отлагане на метали

Металите, които могат да се изпарят само при температура под зоната на топене, могат да се нагряват с постоянен ток, сребърни и златни аранжировки се изпаряват в совалкови вани с тантал или волфрам. Изисква се компенсация да се извърши в камера при налягане по-малко от 10-3 mm Hg. Изкуство.

Вакуумно йонно-плазмено пръскане

За възникване на независим светещ разряд е необходимо да се предизвика емисия на електрони от катода чрез прилагане на високо напрежение от 2-4 kW между електродите. Ако приложеното напрежение надвишава йонизационния капацитет на газа в камерата (обикновено Ar), в този случай, в резултат на сблъсък на електрони с молекули на Ar, газът се йонизира, за да образува положително заредени Ar+ йони. В резултат на това се появява малък визуален разряд и следователно силно електрическо поле в областта на катодното черно пространство.

Йоните Ar+, придобивайки енергия в предвидената зона, нокаутират атомите на катодния елемент, като в същото време провокират излъчването на странични електрони от катода. Именно това излъчване запазва независимия светещ разряд. Преходните атоми от катодния елемент достигат до субстрата и се отлагат върху неговата равнина.

Вакуумно пръскащо устройство UVN

Дизайнът е въоръжен със значителен набор от съвременни инструменти и устройства, които гарантират нанасяне на покрития от метали от техните синтези и сплави с утвърдени характеристики, отлична адхезия и висока равномерност според частта на площта.

Комплексът от устройства и устройства, които са включени в структурата на устройството:

• Източник за управление на полуавтоматична вакуумна система;
• Теория на магнетронното разпръскване в стабилен ток;
• Концепция за отопление (с контрол и поддържане на зададената температура);
• Концепцията за почистване на пръсканите стоки в зоната на изпускане на преливника;
• Концепцията за движение на продукти във вакуумната сфера;
• Цифров вакуумномер;
• Концепцията за контролиране на противодействието на растящите филми;
• Инверторно захранване за магнетрони.

Здравейте приятели.

И така, историята започна малко по-рано, когато получихме вакуумна камера. Пътят й до нас не беше близък и може да бъде описан в отделна история, но това, както се казва, е „съвсем различна история“. Мога само да кажа, че още по-рано това донесе някаква полза на хората в една от лабораториите на университета в Гьотинген.

Първото нещо, с което започнахме да използваме вакуумната камера, беше да изпробваме метода за термично отлагане на метали върху субстрати. Методът е прост и стар като света. Мишената на разпръснатия метал, например среброто, се поставя в молибденовия тигел. Поставени около него нагревателен елемент. Използвахме тел от волфрам-рениева сплав, който беше навит в спирала.

Цялостното устройство за термичен спрей изглежда така:

Инструменти за термично пръскане на метали. а. сглобен ( защитен екрани клапанът е премахнат). Обозначения: 1 – тигел, 2 – нагревателен елемент, 3 – паропровод, 4 – токов проводник, 5 – термодвойка, 6 – рамка за проба.

След преминаване на тока (постъпва във вакуумната камера през уплътненията под налягане), спиралата се нагрява, загрява лодката, в която целевият материал също се нагрява и се изпарява. Облак от метални пари се издига по тръбопровода за пара и обгръща тялото, върху което е необходимо да се отложи метален филм.

Самият метод е прост и добър, но има и недостатъци: висока консумация на енергия, трудно е да се поставят повърхности (тела) в облака от пара, върху който трябва да се отложи филмът. Адхезията също не е най-добрата. Прилагаха се върху различни материали, включително метали, стъкло, пластмаса и т.н. Основно за изследователски цели, тъй като тепърва усвоявахме вакуумна техника.

Сега е време да поговорим за вакуумната система. Експериментите се провеждат във вакуумна камера, оборудвана с вакуумна система, състояща се от ротационна предвакуумна и турбомолекулярна помпа и осигуряваща остатъчно налягане от 9,5 10 -6 - 1,2 10 -5 mm Hg.
Ако на пръв поглед изглежда, че не е трудно, тогава всъщност не е. Първо, самата камера трябва да има херметичността, необходима за поддържане на висок вакуум. Това се постига чрез запечатване на всички функционални фланци и отвори. Горните и долните капаци на фланците имат еднакви по принцип, гумени уплътнения, както и най-малките отвори, предназначени за монтаж на прозорци, сензори, устройства, уплътнения за налягане и други капаци на фланци, само с много по-голям диаметър. Например, за надеждно запечатване на такъв отвор

Изисква фланец, уплътнение и крепежни елементи, както е показано на тази снимка.

Този сензор измерва вакуума в камерата, сигналът от него отива към устройството, което показва нивото на висок вакуум.

Вакуумът на необходимото ниво (напр. 10-5 mm Hg) се постига по следния начин. Първо, нисък вакуум се изпомпва от предвакуумна помпа до ниво 10-2. При достигане на това ниво се включва високовакуумна помпа (турбомолекулярна), чийто ротор може да се върти със скорост от 40 000 об/мин. В същото време предната помпа продължава да работи - тя изпомпва налягане от самата турбомолекулярна помпа. Последният е доста капризен агрегат и неговото „тънко“ устройство изигра определена роля в тази история. Използваме японска вакуумна турбомолекулярна помпа Осака.

Въздухът, изпомпван от камерата с маслени пари, се препоръчва да се изхвърля в атмосферата, тъй като фините капчици масло могат да „пръснат“ цялото помещение.

След като се справихме с вакуумната система и изработихме термичното отлагане, решихме да опитаме друг метод за отлагане на филм - магнетрон. Имахме дълъг опит в общуването с една голяма лаборатория, която прилага функционални нанопокрития към нас за някои от нашите разработки, използвайки метода на магнетронно разпрашване. Освен това имаме доста тесни връзки с някои катедри на МИФИ, Московското висше техническо училище и други университети, които също ни помогнаха да овладеем тази технология.

Но с течение на времето искахме да използваме повече от възможностите, които вакуумната камера предоставя.

Скоро имахме малък магнетрон, който решихме да адаптираме за отлагане на филм.

Именно магнетронният вакуумен метод за отлагане на тънки метални и керамични филми се счита за един от най-продуктивните, икономични и лесни за работа сред всички физически методиразпрашване: термично изпаряване, магнетрон, йон, лазер, електронен лъч. Магнетронът е монтиран в един от фланците, което е удобно за използване. Това обаче все още не е достатъчно за отлагане, тъй като изисква определено напрежение, охлаждаща вода и газове, за да се осигури плазмено запалване.

Теоретична екскурзия

Опростено, магнетронът е подреден по следния начин. Върху основата, която служи и като магнитна верига, са поставени силни магнити, които образуват силно магнитно поле. От друга страна, магнитите са покрити с метална пластина, която служи като източник на разпръснатия материал и се нарича мишена. Потенциалът се прилага към магнетрона, а земята се прилага към тялото на вакуумната камера. Потенциалната разлика, образувана между магнетрона и тялото на камерата в разредена атмосфера и магнитно поле, води до следното. Атом от образуващия плазма газ аргон попада под действието на линиите на магнитно и електрическо поле и се йонизира под тяхното действие. Изхвърленият електрон се привлича към тялото на камерата. Положителен йон се привлича към магнетронната мишена и, ускорявайки се под действието на линиите на магнитното поле, удря целта, избивайки частица от нея. Той излита под ъгъл, противоположен на ъгъла, под който йонът на аргоновия атом удари целта. Метална частица отлита от целта към субстрат, разположен срещу нея, който може да бъде направен от всякакъв материал.

Нашите приятели от университета направиха DC захранване с мощност около 500 W за този магнетрон.

Изградихме и газоснабдителна система за плазмообразуващия газ аргон.

За да поберем обектите, върху които ще се пръскат филмите, изградихме следното устройство. В капака на камерата има технологични дупки, в които могат да се монтират различни устройства: електрическо захранване, проходи за налягане на трафика, прозрачни прозорци, сензори и т.н. В един от тези отвори монтирахме уплътнение под налягане на въртящ се вал. Извън камерата донесохме въртене към този вал от малък електродвигател. Задавайки скоростта на въртене на барабана от порядъка на 2-5 херца, постигнахме добра равномерност при нанасянето на филми по обиколката на барабана.

Отдолу, т.е. вътре в камерата на шахтата монтирахме лек метален кош, на който могат да се закачат предмети. В магазин за канцеларски материали такъв стандартен барабан се продава като кош за отпадъци и струва около 100 рубли.

Сега имахме на склад почти всичко необходимо за нанасяне на филм. Като мишени използвахме следните метали: мед, титан, неръждаема стомана, алуминий, медно-хромова сплав.

И те започнаха да прашат. През прозрачните прозорци в камерата можеше да се наблюдава плазменото сияние на повърхността на магнетронната мишена. По този начин ние контролирахме „на око“ момента на плазмено запалване и интензитета на отлагането.

Начинът за контролиране на дебелината на пръскането излезе с доста прост. Същото парче фолио с измерената повърхност се поставя върху барабана и неговата маса се измерва преди и след сесията на пръскане. Познавайки плътността на нанесения метал, лесно се изчислява дебелината на нанесеното покритие. Дебелината на покритието се контролира или чрез промяна на времето за отлагане, или чрез регулиране на напрежението в източника на захранване на магнетрон. Тази снимка показва прецизен баланс, който ви позволява да измервате масата на пробите с точност до десет хилядни от грама.

Нанасяхме различни материали: дърво, метали, фолио, пластмаси, хартия, полиетиленови фолиа, платове, накратко всичко, което можеше да се постави в камерата и да се закрепи към барабана. Основно се фокусирахме върху получаването на декоративни ефекти - промяна на цвета или тактилното възприятие на повърхността. На тези проби от органичен и неорганичен произход можете да видите разликата в цвета преди и след нанасянето на различни метални филми.

Още по-ясно разликата в цвета преди и след пръскането се вижда върху тъканите и филмите. Ето точното парче от обичайното полиетиленово фолио- не се пръска, но лявата е покрита със слой мед.

Друг ефект, който може да се използва за различни нужди, е проводимостта на тънките филми върху субстрати. Тази снимка показва съпротивлението на парче хартия (в ома) с тънък слой титан с дебелина малко над микрон.

За по-нататъшно развитие сме избрали няколко посоки. Едно от тях е да се подобри ефективността на отлагането на филм от магнетрони. Ще се "замахнем" в собствената си разработка и производство на по-мощен магнетрон с височина на камера и мощност 2 пъти по-голяма от тази, показана в това есе. Също така искаме да тестваме технологията на реактивно отлагане, когато заедно с образуващия плазма газ аргон, кислород или азот се подават в камерата и по време на отлагането на филми върху повърхността на субстрата се образуват нечисти метални филми , но оксиди или нитриди, които имат различен диапазон на свойства от чистите метални филми.

За придобиване на представяне и определени технически свойства в съвременното производство, всички готови продукти се покриват с различни материали. Този въпрос е особено актуален за метални части, където покритието играе не само декоративна роля, но предпазва метала от корозия и други вредни фактори на околната среда.

Вакуумно покритие

В съвременното производство най-модерната технология за нанасяне на покритие на части е вакуумното отлагане. Технологията се състои в директна кондензация на парата на нанесеното покритие върху повърхността на детайла. Има три основни етапа на такова отлагане:

Изпаряване на веществото, от което ще бъде създадено покритието;

Прехвърлянето на създадената пара към повърхността, върху която ще бъде нанесено веществото;

Кондензация на пара върху повърхността на детайла и създаване на покритие от нея.

Хромирана машина за лети джанти

Методи за вакуумно отлагане

Освен вакуум, други физически процеси. Следната класификация ще се прилага и за веществата, които ще бъдат напръскани върху повърхността.

Вакуумно плазмено пръскане

Вакуумно-дъговото покритие се извършва по следния механизъм. Катодът е повърхността, върху която трябва да се отлага филмът, а анодът е газоразрядният субстрат. Когато дъгата загрее атмосферата до граничната температура, разпръскващият материал преминава в газообразна фаза и се прехвърля към катода. След това молекулите на пулверизатора кондензират върху повърхността на продукта, образувайки равномерен слой. Хомогенността в инсталациите за вакуумно-дъгово пръскане може да се регулира до получаване на оригиналния продукт с модел на пръскане.

Тази сложна технология се използва за нанасяне на свръхтвърди покрития върху режещи и пробиващи инструменти. Силни износоустойчиви свредла за перфоратори се създават с помощта на вакуумно плазмено пръскане.

Перфораторни бормашини с висока якост

Йонно-вакуумно отлагане

Счита се за най-екологичния начин за покритие метална повърхност. Недостатъкът е скъпото оборудване, не всяка компания може да си позволи да го купи и инсталира.

Поставят се строги изисквания и към чистотата на повърхността, но крайният резултат надминава всички очаквания. Нанесеното покритие се отличава с висока равномерност, здравина и устойчивост на износване, поради което по този начин покритията се напръскват върху части и механизми, които ще работят при сурови климатични условия. Това е последната операция, след която допълнително обработванечасти не се допускат - не трябва да има заваряване или рязане.

Вакуумно покритие на алуминий

Прилагането на алуминий се счита за най-популярния метод за покритие на почти всяка повърхност. Универсалността на алуминия позволява да се прилага върху такива необичайни повърхности като пластмаса и стъкло и, за разлика от други метали, не изисква допълнителни лаково покритиеза сила. Алуминият обикновено се използва в декоративни цели- обработва автоаксесоари и рефлектори за фарове, козметични артикули, дръжки на шкафове и врати, аксесоари за шиене. Въпреки че този метал не е много издръжлив, развитието на технологиите значително намали цената на такова отлагане, което го прави най-разпространеното в света.

Рефлектор за фарове на автомобил с алуминиево покритие

Вакуумно отлагане на метали

В допълнение към алуминия има редица също толкова често срещани метали за пръскане. Поради различните си физични и химични свойства, те са намерили приложение в абсолютно всички индустрии. Основните цели на пръсканите метали:

подобряване на проводимостта;

повишена изолация;

придава устойчиви на износване и антикорозионни свойства.

Контролът на температурата по време на нанасянето на слоя на покритието ви позволява да придадете на крайния продукт почти всякакъв нюанс, това често се използва за нанасяне на "златни" покрития (използват се никел-титанови сплави).

Разпрашването на титан и сребро се използва широко в медицината. Тези уникални метали взаимодействат много добре с човешкото тяло и имат антибактериални свойства. Имплантите и хирургическите инструменти (както и денталните и други) са почти навсякъде посребрени - висока гаранция за издръжливост и стерилност на инструмента.

Вакуумно йонно-плазмено пръскане

Под въздействието на високи температури покритието не просто кондензира върху повърхността на детайла, то буквално се изпича върху нея, което дава на крайния продукт много високи технически характеристики - устойчивост на износване при механично натоварване и добра устойчивост на сурови атмосферни условия.

Вакуумно пръскащо устройство UVN

Устройствата от типа UVN са съвременни високотехнологични агрегати за вакуумно отлагане. В зависимост от предназначението, той може да бъде оборудван с всякакви устройства за изпаряване на вещество и пренасянето му върху повърхността на детайла. структура:

Технологична камера от затворен тип - зоната, където се намира детайлът, който се обработва в процеса на вакуумно отлагане.

Блокът за управление е панел с бутони и копчета, които ви позволяват да зададете всички необходими параметри преди да започнете работа. Съвременните версии на инсталациите за вакуумно отлагане са оборудвани с цифрови дисплеи за показване на параметрите на процеса в реално време.

Корпусът на уреда крие всички важни механични и електронни компоненти на уреда, като ги предпазва от случайна и неоторизирана намеса, както и осигурява безопасността на оператора на машината. В зависимост от размера на машината, тя е оборудвана с колела (със спирачни накладки, за малки модели) или монтирана постоянно (за мощни и продуктивни камери).

Класически UVN

Модификацията на различни структури, части и функционални елементи често се извършва чрез пълна промяна на структурата на материалите. За това се използват средства за дълбока термична, плазмена и химическа обработка. Но има и широк сегмент от методи за промяна на експлоатационните свойства поради външни покрития. Такива методи включват вакуумна метализация, благодарение на която е възможно да се подобрят декоративните, проводими, отразяващи и други характеристики на материалите.

Обща информация за технологията

Същността на метода се крие в отлагането на метални частици върху работната повърхност. Процесът на образуване на ново покритие възниква поради изпаряване на донорни метали във вакуум. Технологичният цикъл предполага изпълнението на няколко етапа на структурна промяна на целевата основа и елементите на покритието. По-специално се разграничават процесите на изпаряване, кондензация, абсорбция и кристализация. Ключовата процедура може да се нарече взаимодействието на метални частици с повърхността в специална газообразна среда. На този етап технологията за вакуумна метализация осигурява процесите на дифузия и прикрепване на частиците към структурата на детайла. На изхода, в зависимост от режимите на пръскане, характеристиките на покритието и вида на детайла, можете да получите различни ефекти. Съвременните технически средства позволяват не само да се подобрят индивидуалните характеристики на продукта, но и да се диференцират свойствата на повърхността в отделни области с висока точност.

Приложно оборудване

Има три основни групи машини, използвани за тази технология. Това оборудване е непрекъснато, полунепрекъснато и периодично. Съответно те се различават въз основа на общата организация на процеса на обработка. Агрегатите с непрекъсната работа често се използват в масово производство, където е необходима поточна вакуумна метализация. Оборудването от този тип може да бъде едно или многокамерно. В първия случай агрегатите са ориентирани към осъществяване на директна метализация. Многокамерните модели предвиждат и възможност за изпълнение на допълнителни процедури – първична подготовка на продукта, контрол, термична обработка и др. Този подход ви позволява да оптимизирате производствения процес. Машините за периодично и полунепрекъснато покритие обикновено имат една основна камера. Именно поради нередовността на производството те се използват за конкретна процедура и подготвителни операциии същият контрол на качеството се извършва в отделен ред - понякога в ръчен режим без автоматизирани линии. Сега си струва да разгледаме по-подробно от какви възли се състоят такива агрегати.

Устройство на машини за метализация

В допълнение към основната камера, където се извършват процесите на пръскане, оборудването включва множество спомагателни системи и функционални компоненти. На първо място, струва си да се подчертаят директно източниците на пръскания материал, комуникациите на които са свързани с газоразпределителния комплекс. Така че заводът за вакуумна метализация може да осигури необходимото конкретна задачапараметрите на обработка, които доставят пръскащите канали с регулатори, позволяват по-специално да се регулират температурно ниво, посока на потока скорост и обеми. По-специално, тази инфраструктура се формира от течове, помпи, клапани, фланцеви елементи и други фитинги.

AT модерни инсталацииза същото регулиране на работните параметри се използват сензори, свързани към микропроцесорния блок. Отчитайки зададените изисквания и фиксирайки текущите действителни стойности, оборудването може да коригира режимите на обработка без участието на оператора. Също така, за улесняване на работните процеси, оборудването е допълнено със системи за почистване и калибриране в камерата. Благодарение на такова оборудване ремонтът на вакуумната метализация на машината е опростен, тъй като постоянното и навременно почистване свежда до минимум рисковете от претоварване на пневматични двигатели, манипулатори и комуникационни вериги. Последните се разглеждат изцяло като консуматив, чиято смяна в непрекъснати агрегати се извършва като част от редовна процедура по поддръжка.

Целеви материали за метализация

На първо място, на процедурата се подлагат метални заготовки, които могат да бъдат направени, наред с други неща, от специални сплави. Необходимо е допълнително покритие за осигуряване на антикорозионен слой, подобряване на качеството електрическо окабеляванеили промени декоративни свойства. През последните години вакуумната метализация се използва все по-често във връзка с полимерни продукти. Този процес има свои специфики, дължащи се на характеристиките на структурата на обекти от този вид. По-рядко технологията се използва за продукти с ниска твърдост. Това се отнася за дърво и някои синтетични материали.

Характеристики на метализацията на пластмасите

Разпръскването върху повърхността на пластмасовите части може също да промени нейните електрически, физически и Химични свойства. Често метализацията се използва и като средство за подобряване на оптичните качества на такива заготовки. Основният проблем при извършването на подобни операции е процесът на интензивно термично изпаряване, което неизбежно оказва натиск върху потоците от частици, разпръскващи повърхността на елемента. Следователно са необходими специални режими на регулиране на дифузията на основния материал и консумираната маса.

Вакуумната метализация на пластмасите, които се характеризират с твърда структура, има своите специфики. В този случай наличието на защитни и грундиращи лакове ще има значение. За да се поддържа достатъчно ниво на адхезия за преодоляване на бариерите на тези филми, може да е необходимо да се увеличи енергията на термично действие. Но тук отново има проблем с рисковете от разрушаване на пластмасовата конструкция под въздействието на топлинни потоци. В резултат на това, за да се облекчи прекомерното напрежение в работната среда, се въвеждат модифициращи компоненти като пластификатори и разтворители, които позволяват да се поддържа формата на детайла в оптимално състояние, независимо от температурния режим.

Характеристики на обработката на филмови материали

Технологиите за производство на опаковъчни материали включват използването на метализация за PET фолио. Този процес осигурява алуминизиране на повърхността, поради което детайлът е надарен с по-висока якост и устойчивост на външни влияния. В зависимост от параметрите на обработка и изискванията за крайно покритие, различни начинисистема за охлаждане. Тъй като филмът е чувствителен към температурата, се въвежда допълнителна процедура за отлагане. Както в случая с пластмасите, той ви позволява да регулирате топлинния баланс, като поддържате оптимална среда за детайла. Дебелината на филмите, които се обработват по метода на вакуумна ролкова метализация, може да бъде от 3 до 50 микрона. Постепенно се въвеждат технологии, които осигуряват такива покрития върху повърхностите на материали с дебелина 0,9 микрона, но в по-голямата си част това все още е само експериментална практика.

Метализация на рефлектори

Това също е отделна посока на използване на метализация. Целевият обект в този случай са автомобилните фарове. Техният дизайн предвижда наличието на рефлектори, които в крайна сметка губят своята производителност - избледняват, ръждясват и в резултат стават неизползваеми. Освен това дори нов фар може да бъде случайно повреден, което ще изисква неговия ремонт и възстановяване. Именно върху тази задача е насочена вакуумната метализация на рефлекторите, която осигурява износоустойчиво отлагане върху огледална повърхност. Запълването на външната конструкция с метализирани частици, от една страна, елиминира незначителни дефекти, а от друга, действа като защитно покритие, предотвратявайки възможни повреди в бъдеще.

Организация на процеса у дома

Без специално оборудване може да се приложи технологията за повърхностно химическо покритие, но за вакуумна обработка във всеки случай ще е необходима подходяща камера. На първия етап се подготвя самият детайл - той трябва да бъде почистен, обезмаслен и, ако е необходимо, шлифован. След това обектът се поставя във вакуумна метализационна камера. Със собствените си ръце можете също да направите специално оборудване на релси от профилни елементи. Това ще бъде удобен начин за товарене и разтоварване на материал, ако планирате да го обработвате редовно. Като източник на метализационни частици се използват т. нар. заготовки - от алуминий, месинг, мед и др. След това камерата се настройва на оптимален режим на обработка и започва процесът на отлагане. Готовият продукт веднага след метализацията може да бъде ръчно покрит със спомагателни защитни покрития на базата на лакове.

Положителни отзиви за технологията

Методът има много положителни качества, които потребителите отбелязват. Завършени продуктив различни области. По-специално високо защитни свойствапокритие, което предотвратява процесите на корозия и механично разрушаване на основата. Положително реагират и обикновените потребители на продукти, които са били подложени на вакуумна метализация с цел подобряване или промяна на декоративните им качества. Експертите също подчертават екологична безопасносттехнология.

Негативно мнение

По минуси този методобработката на продуктите включва сложността на техническата организация на процеса и високи изискваниякъм подготвителните дейности на поръчката. И това да не говорим за използването на високотехнологично оборудване. Само с негова помощ можете да получите висококачествено пръскане. Цената също е в списъка на недостатъците на вакуумното покритие. Цената за обработка на един елемент може да бъде 5-10 хиляди рубли. в зависимост от площта на целевата зона и дебелината на покритието. Друго нещо е, че серийната метализация намалява цената на отделния продукт.

Накрая

Промяната на техническите, физическите и декоративните свойства на определени материали разширява възможностите за тяхното по-нататъшно приложение. Развитието на метода на вакуумна метализация доведе до появата на специални области на обработка с фокус върху специфично изпълнение. Технолозите работят и върху опростяването на самия процес на отлагане, което вече се проявява днес под формата на намаляване на размерите на оборудването и намаляване на процедурите за последваща обработка. Що се отнася до прилагането на техниката у дома, това е най-проблемният метод за покритие, тъй като изисква от изпълнителя да има специални умения, да не говорим технически средства. От друга страна, по-достъпните методи на пръскане не позволяват получаване на покрития със същото качество – било то защитен слой или декоративен стил.