Hvordan påvirker driftstrykket i magnetron -sputringbeleggmaskinen kvaliteten og ensartetheten av belegget som er påført underlag?

Driftstrykket spiller en direkte rolle i å kontrollere deponeringshastigheten til det sputrede materialet på underlaget. Ved lave trykk reiser den gjennomsnittlige frie banen - avstanden et sputret atom før kollidering med andre partikler - lenger. Dette betyr at sputrede partikler kan reise mer fritt og direkte fra målet til underlaget, noe som øker effektiviteten av avsetningsprosessen. Dette resulterer i en raskere deponeringshastighet. Når trykket øker, øker imidlertid frekvensen av kollisjoner mellom sputrede partikler og gassmolekyler. Disse ekstra kollisjonene fører til at de sputrede atomene mister energi eller endrer banen, reduserer direkteheten i deponeringsprosessen og bremser deponeringshastigheten. Denne variasjonen i deponeringshastighet med trykk er avgjørende for produsenter for å kontrollere tykkelsen på belegg, og sikrer at de oppfyller spesifikke krav til forskjellige applikasjoner.

Ensartetheten av belegget er sterkt påvirket av driftstrykket. Ved lavere trykk tillater det reduserte antallet gassmolekylkollisjoner sputrede partikler å reise med mer retningsenergi, noe som resulterer i jevn og konsistent avsetning på underlagsoverflaten. I motsetning til dette, ved høyere trykk, gjennomgår de sputrede partiklene mer kollisjoner med gassmolekyler, noe som kan føre til at de sprer seg i flere retninger før de når underlaget. Denne spredningen fører til et mindre ensartet belegg, med variasjoner i tykkelse over overflaten. Høytrykksforhold kan også føre til dannelse av ikke-ensartede filmer, noe som kan påvirke ytelsen til belegget i applikasjoner som krever høy presisjon, for eksempel halvlederenheter eller optiske belegg.

Plasmatetthet og stabilitet er nært knyttet til driftstrykket i sputteringskammeret. Ved for lavt trykk kan det være utfordrende å opprettholde et stabilt plasma, ettersom ioniseringshastigheten til gassen avtar, noe som gjør sputteringsprosessen uberegnelig og upålitelig. Ustabilitet i plasmaet kan føre til inkonsekvent sputtering, med variasjoner i energien til de sputrede partiklene og ujevn filmdannelse. Høyere trykk stabiliserer imidlertid plasmaet ved å øke antall gassmolekyler som kan ioniseres. Et mer stabilt plasma sikrer mer kontrollert sputtering, noe som gir bedre konsistens i filmavsetning. Imidlertid kan altfor høyt trykk føre til at plasmaet blir altfor tett, noe som fører til økte gassfase-reaksjoner og potensiell nedbrytning av kvaliteten på den avsatte filmen.

Filmtettheten og mikrostrukturen til det avsatte belegget er svært følsomme for trykk. Ved lavt trykk ankommer de sputrede partiklene underlaget med høyere energi, noe som gjør at de lettere kan diffundere ved landing. Denne økte diffusjonen fører til en tettere, mer kompakt belegg med bedre vedheft til underlaget. Et tettere belegg viser typisk overlegne mekaniske egenskaper, for eksempel høyere hardhet, bedre slitestyrke og forbedret vedheftingsstyrke. I kontrast reduserer høyere trykk energien til de ankomne sputrede partiklene på grunn av hyppigere kollisjoner med gassmolekyler. Dette resulterer i et mindre tett, mer porøst belegg, noe som kan påvirke filmens mekaniske egenskaper negativt, for eksempel lavere vedheftingsstyrke og redusert holdbarhet. Et mer porøst belegg kan føre til økt ruhet, som kan være uønsket i visse applikasjoner som krever glatte eller optisk klare belegg.

Morfologien til belegget, inkludert dens ruhet og kornstruktur, er sterkt påvirket av driftstrykket. Ved lavere trykk blir de sputrede atomer eller molekyler avsatt med høyere energi, noe som resulterer i mindre korn og en jevnere, mer ensartet film. Dette er gunstig for å oppnå belegg med høy ytelse, for eksempel de som brukes i optiske filmer eller tynnfilm-solceller, der ensartethet og glatthet er kritiske. Ved høyere trykk kan det økte antallet kollisjoner føre til større korn og en grovere overflatemorfologi. Dette kan føre til belegg med økt overflateuhet, som kan være akseptabel eller til og med ønskelig i visse applikasjoner, for eksempel katalysatorer eller dekorative belegg, men kan forårsake problemer i presisjonsapplikasjoner der glatthet er en prioritet.

Magnetron sputtering beleggsmaskin