Danh mục sản phẩm
Liên hệ với chúng tôi

Haohai Metal Meterials Co, Ltd

Haohai Titanium Công ty TNHH


Địa chỉ:

Nhà máy số 19, TusPark, Century Avenue,

Thành phố Tể Thiên, Thiểm Tây Pro., 712000, Trung Quốc


Điện thoại:

+ 86 29 3358 2330

+ 86 29 3358 2349


Số fax:

+ 86 29 3315 9049


E-mail:

Info@pvdtarget.com

Sales@pvdtarget.com



Đường dây nóng dịch vụ
029 3358 2330

Công nghệ

Trang chủ > Công nghệNội dung

Bay hơi và phún xạ


So sánh giữa bay hơi và phún xạ


Bay hơi bằng phương tiện chùm electron

Trong quá trình bay hơi nhiệt, phần lớn vật liệu lắng đọng trải qua quá trình chuyển đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi bằng phương pháp sưởi ấm nhiệt hoặc bắn phá điện tử. Vật liệu bốc hơi sau đó được mang đến bề mặt nơi xảy ra sự phát triển của màng mỏng. Các thông số quan trọng của công nghệ phủ như vậy chủ yếu là tốc độ trung bình của các hạt bay hơi và sự phân bố góc của chúng. Áp suất cơ bản phải được giữ trong khoảng chân không cao để giảm thiểu số lượng tác động của sự kiện giữa các hạt bay hơi và lượng khí dư trong buồng. Chân không cao cho phép các hạt có đủ "đường dẫn tự do trung bình" cho màng mỏng phát triển ở mức chất nền. Lớp phủ bằng phương pháp bay hơi thường được thực hiện trong buồng như được mô tả trong hình 1 bên dưới. Buồng thép không gỉ được sơ tán với sự giúp đỡ của một máy bơm sơ cấp và thứ cấp (chẳng hạn như bơm turbo như trong ví dụ hoặc bơm khuếch tán). Nguồn của chất bay hơi là đầu súng e-beam; sự tăng trưởng lớp phủ được kiểm soát bởi một sự cân bằng tinh thể thạch anh có thể báo cáo cả độ dày và tốc độ bay hơi. Một khẩu súng ion được thêm vào để tăng mật độ của vật liệu phủ hoặc để chuẩn bị chất nền cho quá trình lắng đọng.

PVD evaporation chamber.jpg

Hình 1: Buồng bay hơi PVD



Phân bố của chất bay hơi: mặt nạ đồng nhất

Đối với chất nền phẳng, sự phân bố của vật liệu bay hơi phụ thuộc mạnh vào khoảng cách giữa nguồn và bề mặt cần phủ, cũng như trên góc giữa đế và nguồn bốc hơi. Sự phụ thuộc được định nghĩa bởi cái gọi là cosin-pháp luật do đó phụ thuộc khoảng cách tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách và sự phụ thuộc góc tỷ lệ thuận với cosin của góc. Trong khi lần đầu tiên có thể được sửa chữa chủ yếu bằng cách sử dụng một hình cầu có chứa chất nền, yếu tố thứ hai đòi hỏi một mặt nạ thống nhất để đạt được sự phân bố đồng nhất của vật liệu bay hơi trên tất cả các chất nền.


Vật liệu phủ với nhiệt hoặc e-beam bay hơi

Lớp phủ bằng phương tiện bay hơi vật liệu là một bước tiến lớn trong công nghệ sơn khi nó được giới thiệu vào những năm 1930. Ngày nay, công nghệ này cho phép sử dụng nhiều vật liệu phủ khác nhau, như minh họa trong bảng dưới đây:

Sự lắng đọng
Nguyên vật liệu Chất bay hơi điển hình Tạp chất Tỉ lệ lắng đọng Phạm vi nhiệt độ Giá cả
Nhiệt Vật liệu kim loại hoặc điểm nóng chảy thấp

Au, Ag, Al, Cr, Sn, Sb, Ge, Trong, Mg, Ga

CdS, Pbs, CdSe, NaCl, KCl, AgCl, MgF 2 , CaF 2 , PbCl 2

Cao 1 - 20 A / s - 1800 ℃ Thấp
E-Beam Cả kim loại và dielectrics

Mọi thứ ở trên, cộng thêm:

Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, Mo, Al 2 O 3 , SiO, SiO 2 , SnO 2 , TiO 2 , ZrO 2

Thấp 10 - 100 A / s - 3000 ℃ Cao


Công nghệ phủ Sputter

Lớp phủ sputter, còn được gọi là "phún xạ cathodic", đang sử dụng hành động ăn mòn của các ion gia tốc ở bề mặt của vật liệu đích. Các ion này có đủ năng lượng để loại bỏ các hạt (= phún xạ) ở bề mặt mục tiêu. Ở dạng đơn giản nhất của nó, dưới chân không cao, một trường điện được tạo ra giữa một cực dương và một tấm âm cực (mục tiêu) sẽ bị phún xạ. Bằng phương tiện điện áp điện, một khí làm việc, thường là Argon (Ar), được ion hóa tạo ra một sự phóng điện phát sáng. Vì mục tiêu được giữ ở điện áp âm, các ion Ar + dương đẩy nhanh về phía mục tiêu và "phún xạ" các nguyên tử trên bề mặt của nó. Ngược lại với sự bay hơi nhiệt, trong việc phún xạ các hạt của mục tiêu không bị dịch chuyển bởi nhiệt, nhưng bằng phương tiện "chuyển động xung lượng" trực tiếp (va chạm không đàn hồi) giữa các ion và các nguyên tử của vật liệu được lắng đọng. Để thực hiện phún xạ một ngưỡng năng lượng nhất định là cần thiết để loại bỏ các nguyên tử khỏi bề mặt mục tiêu và đưa chúng vào chân không. Điều này được biểu thị bằng hiệu suất phún xạ S, là tỷ lệ của vật liệu phún xạ trên mỗi ion Ar +. Các quá trình phún xạ có năng lượng cao hơn nhiều so với các quá trình bay hơi có nghĩa là vật liệu phún xạ thường ở dạng các ion với khả năng tạo ra lớp phủ rất dày đặc.


Từ ngữ phún xạ

Công nghệ phún xạ phổ biến nhất là phún xạ magnetron trong đó nam châm được đặt trong khu vực của mục tiêu để giữ cho mật độ của các ion phún xạ rất cao làm tăng hiệu suất phún xạ. Bằng cách đó, có thể có tốc độ phún xạ cao hơn và ổn định hơn và do đó có thể lắng đọng nhanh hơn. Quá trình tráng phủ magnetron không yêu cầu kiểm soát cân bằng; kiểm soát độ dày trực tuyến chỉ có thể được thực hiện bởi thời gian phún xạ: một khi bắt đầu tốc độ lắng đọng lớp phủ (tức là độ dày phủ trên giây thường được cho là nm / s) phụ thuộc vào từ trường, trường tăng tốc điện và áp suất khí. Nếu các thông số này không thay đổi, tốc độ lắng đọng ổn định và sẽ có thể tái sản xuất trong cùng điều kiện của các thông số được đề cập ở trên.


Hình 2 dưới đây cho thấy một mục tiêu silicon tròn dưới sự bắn phá của các ion Ar +. Có thể thấy mật độ cao nhất của các ion (ánh sáng trắng) tương ứng với từ trường vĩnh cửu. Tuy nhiên, các nguyên tử phún xạ sẽ đến từ toàn bộ bề mặt magnetron.

th.jpeg

Hình 2: Plasma từ một mục tiêu Silicon tròn dưới sự bắn phá ion Argon



Phản ứng phún xạ

Trong phản ứng phún xạ phản ứng, một khí phản ứng (hoặc hỗn hợp khí) được thêm vào khí trơ (ví dụ Argon) và phản ứng với các nguyên tử bị xói mòn từ mục tiêu trong quá trình tạo lớp trên bề mặt. Lượng khí phản ứng chính xác được xác định bởi các đặc tính quang học cần thiết của vật liệu phủ. Phim có thể được cân bằng hóa học, cân bằng hóa học, hoặc bị oxy hóa tùy thuộc vào lượng khí phản ứng được đưa vào buồng sơn dẫn đến các đặc tính vật lý và quang học hoàn toàn khác nhau của vật liệu tráng 1. Với công nghệ này, ví dụ như có thể đưa chỉ số khúc xạ cao và các lớp vật liệu chỉ số khúc xạ thấp chỉ sử dụng một mục tiêu.


Silicon là một trong những vật liệu phủ thú vị nhất. Bằng cách trộn Silicon với Nitơ, có thể thu được vật liệu chiết suất cao Si 3 N 4 (n≌ 2.05 @ 520nm ở dạng số lượng lớn); bằng cách trộn nó với oxy, có thể thu được vật liệu chiết suất thấp SiO 2 (n≌ 1,46 @ 520 nm ở dạng số lượng lớn). Trong hình 3, một sơ đồ của công nghệ phún xạ phản ứng được mô tả. Nitơ và Oxy được sử dụng làm khí phản ứng; Argon được sử dụng để tạo ra plasma và gây ra mục tiêu Silicon.

Reactive sputtering chamber.jpg

Hình 3: Buồng phún xạ phản ứng



So sánh giữa công nghệ sơn bay hơi và lớp phủ Sputter

Phún xạ không phải là một phương pháp bay hơi. Năng lượng cao liên quan đến quá trình này sẽ không tạo ra các nguyên tử bay hơi như bay hơi nhiệt. Thay vào đó nó tạo ra một plasma của các hạt phún xạ tích điện với năng lượng cao hơn nhiều. So sánh năng lượng của các hạt thu được bằng cách phún xạ và bay hơi, chất này ít năng lượng hơn và do đó không thể tự tổ chức để có mật độ cao khi phát triển màng mỏng trên đế.


Như minh họa trong hình 1, sự bay hơi chùm tia điện tử cần sự hỗ trợ của một chùm ion trong quá trình lắng đọng để có được mật độ cao hơn. Công nghệ này được gọi là Ion hỗ trợ lắng đọng (IAD). Trong súng chùm tia, một plasma của khí trơ hoặc phản ứng được tạo ra; các hạt tích điện từ súng chạm vào màng phát triển và tăng mật độ màng. Mật độ cao hơn có thể tăng cường tính chất cơ học của màng phủ hoặc tăng khả năng chịu mài mòn của lớp phủ. Một hạn chế khác của sự bốc hơi là sự phụ thuộc mạnh mẽ vào tốc độ bay hơi của vật liệu bay hơi, làm cho nó không thể bay hơi các chất với một quá trình cân bằng phức tạp hoặc thậm chí vật liệu hợp kim. Ngược lại, Sputtering là ít nhạy cảm hơn với stoichiometry của mục tiêu. Tuy nhiên, với phún xạ thì không thể phủ vật liệu fluoride (như MgF 2 ) vì plasma bị vỡ phá hủy cấu trúc của màng fluoride.


Nhìn vào ngành công nghiệp nhãn khoa, phún xạ bây giờ là một công nghệ trưởng thành để sản xuất ống kính AR hoặc gương tráng. Lợi ích chính của nó là tốc độ của quá trình, ổn định tỷ lệ lắng đọng cho phép để tránh màn hình tinh thể thạch anh và khả năng thực hiện các quy trình hoàn toàn tự động.


Khả năng tự động hóa dựa trên hai sự kiện sau:

Vì phún xạ sử dụng phún xạ và / hoặc khí phản ứng, quá trình phún xạ không cần mức chân không thấp như bay hơi.

Sự phân bố không liên quan đến nón bay hơi như trong quá trình bay hơi. Do đó, có thể nhận ra các buồng sơn nhỏ gọn hơn có thể được tích hợp dễ dàng hơn vào dây chuyền sản xuất tự động (cùng với máy phát ống kính, máy đánh bóng và đồng quay cho lớp phủ cứng).


Các đặc điểm nêu trên đã dẫn đến việc sản xuất nhiều hệ thống phún xạ trực tuyến cho các ứng dụng sản xuất khác nhau trong và ngoài ngành công nghiệp nhãn khoa. Ngày nay, như với sự bay hơi, sự kết hợp của chất nền nhựa + sơn mài cứng + lớp phủ AR phún xạ có thể được điều chỉnh để đạt được sản phẩm ống kính chất lượng cao liên quan đến tính chất quang học, cơ học và độ bền.


PHẦN KẾT LUẬN

Một tổng quan rất ngắn về các công nghệ PVD phổ biến nhất đã được cung cấp. Sự bốc hơi nhiệt là công nghệ trưởng thành hơn: đã tồn tại từ những năm 1930, các nhà vận hành có tay nghề và được huấn luyện có sẵn trên toàn thế giới và nó cho phép phủ hầu hết mọi vật liệu cần thiết cho các ứng dụng phủ “tiêu chuẩn” (ví dụ: dùng cho các ống kính mắt). Sputtering là một công nghệ trẻ: nó đã tồn tại từ đầu những năm 1970 và chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng cao cấp (như quang học không gian). Tuy nhiên, ngày nay những lợi ích của nó cũng được sử dụng cho lớp phủ mắt “tiêu chuẩn”. Sự bay hơi nhiệt cần chân không cao trong khi phún xạ hoạt động ở áp suất cao hơn, làm cho nó trở thành một công nghệ tự động dễ dàng được triển khai trong các hệ thống lớp phủ trực tuyến. Tốc độ lớp phủ phún xạ rất dễ điều chỉnh và tùy thuộc vào công nghệ tạo plasma - đạt tới giá trị rất cao và ổn định với công nghệ DC (= Direct Current) hoặc công nghệ DC xung. Cả hai công nghệ sơn có thể được điều chỉnh để có được các đặc tính vật lý khác nhau của màng phủ. Quyết định sử dụng công nghệ nào dựa trên năng suất, chi phí sản xuất, số lượng chất nền cần được phủ, loại chất nền và đặc tính cuối cùng của lớp phủ.



Một cặp: Miễn phí

Tiếp theo: ADVANCES IN SPUTTERING COATING