Parameter Sputtering Songsang: Pada Voltan Pinggir Apakah Filem yang Didepositkan Dapat-disemburkan Semula?
Adakah filem yang telah dimendapkan akan terputus apabila voltan pincang tinggi?
Jawapannya ya.
Fenomena ini dikenali sebagai sputtering terbalik (atau-sputtering semula) dalam PVD.
Sebaik sahaja voltan pincang melebihi ambang kritikal, tenaga ion menjadi cukup tinggi untuk mengeluarkan atom filem yang telah dimendapkan dan mengeluarkannya semula ke dalam fasa gas. Kadar pemendapan menurun dengan sewajarnya. Dalam kes yang teruk, pemendapan negatif berlaku - filem semakin nipis dari semasa ke semasa.
Apakah Reverse Sputtering?
Semasa pemendapan PVD, dua proses serentak berlaku pada permukaan bahan kerja:
Pertumbuhan filem: Atom yang terpercik dari sasaran bergerak ke arah substrat dan membina salutan.
Goresan filem: Ion yang dipercepatkan dengan berat sebelah membedil bahan kerja dan mengetuk atom yang sudah termendap.
Oleh itu, kadar pemendapan bersih mengikuti hubungan ini:
Kadar Pemendapan Bersih=Kadar Pemendapan − Semula-Kadar percikan
Di bawah keadaan operasi biasa, kadar pemendapan melebihi-kadar percikan semula, jadi ketebalan filem meningkat. Apabila voltan pincang meningkat,-permancutan semula semakin meningkat. Akhirnya, kadar atom yang dikeluarkan boleh mengatasi kadar pemendapan.
Mari kita mula-mula memperkenalkan konsep asas: hasil sputtering.
Hasil sputtering merujuk kepada purata bilangan atom yang dikeluarkan apabila satu-ion tenaga tinggi mengenai bahan. Sebagai contoh, apabila 500 eV ion argon mengebom kromium (Cr), hasil sputtering berjulat kira-kira dari 0.6 hingga 0.8 Cr atom setiap ion. Secara amnya, tenaga ion yang lebih tinggi menjana hasil sputtering yang lebih tinggi. Akibatnya, voltan pincang yang lebih tinggi mempercepatkan kadar penyingkiran bahan dari permukaan bahan kerja.
Voltan pincang kritikal berbeza untuk pelbagai bahan:
Logam tulen (Cr, Ti, dll.)
50–100 V: Pemendapan biasa
200–300 V: Remang-yang ketara bermula
300–500 V: Kadar pemendapan menghampiri sifar
Di atas 500 V: Goresan bersih mungkin berlaku
Logam tulen paling mudah terdedah kepada-percikan semula.
Nitrida (TiN, CrN, dll.)
Nitrida mempunyai ikatan kimia yang lebih kuat, menjadikan atom lebih sukar untuk dislodge. Oleh itu, voltan pincang kritikal mereka untuk-permancutan semula yang ketara adalah lebih tinggi.
Di bawah 200 V: Pemendapan normal yang stabil
300–500 V: Pengurangan jelas dalam kadar pemendapan
500–800 V: Mendekati ambang kritikal untuk penyingkiran bahan bersih
DLC (Berlian-Seperti Karbon)
DLC ialah kes khas. Banyak proses ta-C (karbon amorfus tetrahedral) menggunakan pincang berdenyut pada -800 V sehingga -1500 V. Walau bagaimanapun, terima kasih kepada mod berdenyut dan tenaga ion purata sederhana, pemendapan stabil masih boleh dikekalkan. Sputtering terbalik yang teruk hanya muncul pada tenaga ion yang lebih tinggi.
Mengapa Sederhana Semula-Sputtering Adalah Bermanfaat
Ramai pendatang baru tersilap menganggap semula-bermanja sebagai kesan buruk, yang tidak betul.
Dalam PVD, bias substrat sebahagiannya bergantung pada-percik semula ringan untuk meningkatkan kualiti salutan. Atom yang terikat dengan longgar, zarah yang melekat lemah dan struktur mikro yang tidak stabil lebih disukai disingkirkan. Hanya tinggal struktur yang terikat padat dan stabil. Mekanismenya menyerupai pasir ayak: bijirin longgar dikeluarkan, meninggalkan rangka kerja yang padat.
Sehubungan itu, percikan semula-sedikit terkawal ialah faktor utama untuk ketumpatan filem.
Masalah Yang Berbangkit daripada-Sputtering Berlebihan
Isu berlaku apabila-semula merepek menjadi terlalu sengit:
Kadar pemendapan dikurangkan
Ini adalah pemerhatian yang paling langsung. Walaupun dengan kuasa sasaran yang tidak berubah, ketebalan filem membina jauh lebih perlahan, kerana bahan yang baru didepositkan terus terukir.
Peralihan dalam komposisi aloi
Ambil TiAlN sebagai contoh: aluminium adalah lebih mudah untuk-mengecut semula daripada titanium. Kandungan aluminium dalam salutan secara beransur-ansur berkurangan, membawa kepada komposisi akhir yang menyimpang daripada sasaran reka bentuk.
Struktur kristal terganggu
Kecondongan yang terlalu tinggi menyebabkan kekisi kristal yang terbentuk kepada pengeboman ion yang berterusan. Akibatnya termasuk tegasan intrinsik yang meningkat secara drastik, peningkatan kecacatan, struktur bijian yang rosak, salutan rapuh dan juga keretakan filem.
Kaedah Praktikal untuk Menentukan Voltan Pincang Optimum dalam Pengeluaran
Penyapuan voltan berat sebelah adalah pendekatan standard.
Pastikan kuasa sasaran, suhu substrat, tekanan kerja dan aliran gas tetap; hanya melaraskan voltan pincang. Cirikan kadar pemendapan, kekerasan, tegasan sisa dan komposisi salutan bagi setiap keadaan.
Dalam kebanyakan keputusan ujian, kekerasan salutan meningkat secara berterusan pada mulanya. Selepas mencapai titik tertentu, kadar pemendapan menurun secara mendadak. Titik perubahan ini menandakan permulaan sputtering songsang yang teruk.
Voltan pincang optimum biasanya ditetapkan sedikit di bawah ambang ini. Ia memberikan ketumpatan salutan yang tinggi sambil mengelakkan percikan semula-yang berlebihan.
Salah Tanggapan Biasa
Ramai juruteknik menganggap voltan pincang yang lebih tinggi sama dengan proses yang lebih maju. Ini adalah salah faham.
Pincang substrat boleh dianalogikan dengan penggelek jalan: tekanan yang tidak mencukupi gagal untuk memampatkan turapan; tekanan sederhana menghasilkan permukaan yang licin dan padat; tekanan yang berlebihan mengikis permukaan jalan.
Ringkasan
Sputtering terbalik adalah fenomena fizikal yang wujud. Kecondongan yang terlalu tinggi membolehkan-ion tenaga tinggi untuk-menorehkan semula salutan yang telah dimendapkan.
Percikan semula sederhana-memudahkan kepadatan filem. Walau bagaimanapun, percikan semula-yang berlebihan menyebabkan pemendapan yang lebih perlahan, hanyut komposisi, peningkatan tegasan dan kemerosotan struktur.
Voltan berat sebelah tidak lebih tinggi pada nilai yang lebih tinggi. Proses matang mencapai keseimbangan: pengeboman ion yang mencukupi untuk memekatkan filem, tanpa menghakis salutan yang dimendapkan.
