Vienas. Pagrindinis principas: esminiai skirtumai tarp keturių technologijų
Pagrindinis fizinio nusodinimo technologijos skirtumas atsiranda dėl skirtingų fizinių mechanizmų, „sukeliančių tikslinių atomų / jonų atsiskyrimą nuo pradinės medžiagos, kad susidarytų dujų fazė“. Šis pagrindinis mechanizmas tiesiogiai lemia vėlesnės plonos plėvelės plėvelės formavimosi charakteristikas.
1. Garinimo nusodinimas: pagrindinis procesas yra terminis garinimas. Šildymo šaltinis (varža, elektronų pluoštas, indukcinis kaitinimas ir kt.) perduoda kinetinę energiją tikslinės medžiagos atomams, todėl jie įveikia tarpatomines jėgas ir išbėga formuodami dujinius atomus. Šie dujiniai atomai migruoja į substrato paviršių vakuuminėje aplinkoje ir adsorbcijos, difuzijos ir branduolių susidarymo būdu išauga į plėvelę. Dujinių atomų energija yra palyginti maža (0,1-1 eV), o pabėgimo procesas yra švelnus.
2. Nusodinimas dulkėmis: pagrindinė technologija apima impulso perdavimą per didelės-energijos dalelių bombardavimą. Vakuuminėje aplinkoje didelės-energijos jonai (pvz., Ar⁺) yra pagreitinami elektrinio lauko ir dideliu greičiu bombarduoja tikslinę medžiagą. Per impulso perdavimą tiksliniai atomai atsiskiria nuo pradinės medžiagos, sudarydami išpuršktus atomus (energija 1–10 eV), kurie vėliau migruoja ir nusėda į plėvelę. Palyginti su išgaravimu, atomas išbėga staigiai, todėl plėvelė geriau sukimba.
3. Daugialankų jonų dengimas: pagrindinė technologija yra didelės-energijos jonų srovės generavimas vakuuminiu lankiniu išlydžiu. Tarp tikslinės medžiagos (katodo) ir vakuuminės kameros (anodo) naudojamos aukštos-įtampos dujos, kad susidarytų lankinis išlydis. Dėl itin didelio lanko dėmės energijos tankio (10⁵-10⁷ W/cm²) tikslinė medžiaga lokaliai išsilydo, išgaruoja ir jonizuojasi (jonizacijos greitis 60–90 %, daug didesnis nei 5–10 % purškimo). Didelės energijos jonai (10-100 eV) nusėda į plėvelę, vadovaujant elektriniam laukui.
4. Nusodinimas jonų pluoštu: pagrindinė technologija yra nukreiptas didelės{1}}energijos jonų pluošto tiesioginis nusodinimas. Tiksliniai atomai arba dujų molekulės yra jonizuojamos ir pagreitinamos naudojant jonų šaltinį (Kaufman, ECR ir kt.), kad susidarytų kryptingas jonų pluoštas su kontroliuojama energija ir pluošto tankiu. Šis spindulys tiesiogiai bombarduoja pagrindo paviršių, neutralizuoja jį ir suformuoja plėvelę, užtikrinančią tikslų nusodinimą.
Du. Pagrindinės technologijos: Įrangos architektūra ir pagrindiniai valdymo parametrai
Principų skirtumai tiesiogiai lemia reikšmingus įrangos architektūros, pagrindinių komponentų ir pagrindinių keturių technologijų valdymo parametrų skirtumus. Šios techninės charakteristikos lemia jų proceso lankstumą ir pritaikymo scenarijų pritaikymą.
1. The core focus is on the heating source and vacuum control. The equipment consists of a vacuum chamber, heating source, crucible, substrate holder, and vacuum system. Resistance heating is low-cost but has limited temperature (≤1500℃), suitable for low-melting-point targets; electron beam heating has high temperature (>2000 laipsnių), tinka aukšto-lydymosi-taškams ir yra plačiausiai naudojamas; Indukcinis šildymas mažiau teršia, bet yra brangesnis. Pagrindiniai parametrai: vakuumo lygis (10⁻³-10⁻⁵ Pa), šildymo galia, pagrindo temperatūra ir garavimo laikas.
2. Nusodinimas dulkėmis: esmė yra "plazmos generavimas ir elektrinio lauko pagreitis".
Pagrindiniai komponentai yra plazmos generavimas ir elektrinio lauko pagreitis. Įrangą sudaro vakuuminė kamera, tikslinė medžiaga, substrato laikiklis, dujų įvedimo sistema, plazmos generavimo įrenginys ir maitinimo sistema. Pagrindiniai tipai apima nuolatinės srovės dulkinimą (tinka laidžiams taikiniams), RF dulkinimą (tinka taikiniams izoliuoti) ir magnetroninį purškimą (magnetiniu būdu uždara plazma, gerinanti efektyvumą ir mažinanti žalą, dažniausiai naudojama). Pagrindiniai parametrai: vakuumo lygis (10⁻¹-10⁻³ Pa), purškiančių dujų slėgis, purškimo galia / įtampa, atstumas nuo objekto iki pagrindo ir pagrindo poslinkio įtampa.
3. Kelių lanko jonų dengimas: esmė yra „lanko iškrovos valdymas ir jonų valdymas“.
Įranga apima vakuuminę kamerą, kelių lanko katodo taikinį, lanko maitinimo šaltinį ir substrato poslinkio maitinimo šaltinį. Pagrindinis iššūkis yra stabilus lanko taško valdymas (pagal magnetinio izoliavimo sistemą, kad lanko taškas būtų tolygiai nuskaitytas, padidinant tikslo panaudojimą daugiau nei 60%). Reaktyviajai dangai reikia tiksliai kontroliuoti reaktyviųjų dujų srautą. Pagrindiniai parametrai apima: lanko srovę / įtampą, pagrindo poslinkio įtampą (-50–500 V), reaktyviųjų dujų slėgį ir atstumą iki pagrindo.
4. Jonų pluošto nusodinimas: šerdis yra "jonų šaltinio ir pluošto srovės valdymas".
Įrangą sudaro vakuuminė kamera, jonų šaltinis, spindulio fokusavimo sistema ir itin{0}}aukšto vakuumo sistema (10⁻⁵-10⁷ Pa). Kaufmano jonų šaltinis yra tinkamas didelio ploto nusodinimui, o ECR jonų šaltinis gali generuoti labai grynus jonų pluoštus. Kai kuriuose įrenginiuose yra išankstinio substrato apdorojimo sistema. Pagrindiniai parametrai: jonų pluošto energija, pluošto srovės tankis, fokusavimo diapazonas, vakuumo lygis ir pagrindo temperatūra.
Trys. Bendra apžvalga: technologiniai pranašumai ir taikymo scenarijai
Keturių fizinio nusodinimo technologijų pranašumai ir taikymo scenarijai tiesiogiai atspindi jų principus ir pagrindines technines charakteristikas. Įvairios technologijos turi skirtingą dėmesį plėvelės kokybei, nusodinimo efektyvumui ir sąnaudų kontrolei ir yra pritaikytos skirtingiems pramonės poreikiams.
1. Garinimo nusodinimas: mažos-kainos, didelio-grynumo pagrindinės dangos pasirinkimas
Privalumai – paprasta įranga, maža kaina, patogus valdymas, didelis plėvelės grynumas ir greitas nusodinimo greitis (0,1-10 μm/min). Paprastai naudojamos optinės plonos plėvelės (atspindinčios akinių dangos-), dekoratyvinės metalinės plėvelės (plastiko aliuminio dengimas), puslaidininkiniai metaliniai elektrodai ir maisto pakuočių dangos. Apribojimai apima silpną plėvelės sukibimą ir mažą tankį, todėl ji netinkama dengti kelių komponentų lydinius ir aukštą lydymosi tašką.
2. Purškimas: pagrindinė technologija su subalansuotu našumu ir plačiu suderinamumu
Privalumai yra didelis plėvelės tankis ir stiprus sukibimas; suderinamumas su beveik visomis medžiagomis (metalais, keramika, izoliacinėmis medžiagomis ir kt.); kelių-taikinių ko-purškimas gali tiksliai paruošti lydinio plėveles; o magnetroninis purškimas pasiekia pusiausvyrą tarp aukštos kokybės ir didelio efektyvumo. Tipiškas panaudojimas: puslaidininkinių lustų metalizavimas ir dielektriniai sluoksniai, kietos pjovimo įrankių dangos, fotovoltinės skaidrios laidžios plėvelės (ITO) ir magnetinės įrašymo plėvelės. Apribojimai apima: didesnę įrangos kainą nei garinimas, šiek tiek mažesnį nusodinimo greitį ir plėvelės grynumą, kurį veikia dujų sąlygos.
3. Daugia-arkinis jonų dengimas: tinkamiausias pasirinkimas nusidėvėjimui{2}}atsparioms dangoms, pasižyminčioms dideliu sukibimu ir dideliu kietumu.
Privalumai yra ypač stiprus plėvelės sukibimas, didelis tankis, didelis kietumas ir puikus atsparumas dilimui. Jis gali pasiekti kelių -elementų ko- nusodinimą ir reaktyvią dangą, palyginti su greitu nusodinimo greičiu (0,5-5 μm/min.). Įprastos taikymo sritys: įrankių ir formų danga (TiAlN danga), dilimui{6}}atspari ir korozijai{8}}atspari aviacijos ir kosmoso komponentų danga ir mechaninių dalių kietėjimo danga. Apribojimai apima: didelį plėvelės paviršiaus šiurkštumą (tikslinių lašelių įterpimą), didelę įrangos kainą ir netinkamumą karščiui jautriems pagrindams.
4. Jonų pluošto nusodinimas: didelio-tikslumo, labai kontroliuojama tikslios dengimo technologija
Privalumai yra ypač didelis proceso valdymas, leidžiantis nanometriniu{0}}lygio storio valdymu (paklaida Mažiau nei 1 nm arba lygi), didelis plėvelės tankis, lygus paviršius, didelis grynumas ir selektyvus padengimas. Įprastos taikymo sritys: tikslios plonos plėvelės, skirtos mikro/nano elektroniniams įrenginiams, tikslios optinės plėvelės (labai-atspindinčios plėvelės lazeriniams lęšiams), biomedicininės dangos ir kosmoso tiksliųjų komponentų dangos. Apribojimai: didelė įrangos kaina (5-10 kartų didesnė už įprastą įrangą), itin mažas nusodinimo greitis (0,001–0,1 μm/min), netinkamas didelio ploto masinei gamybai ir didelės techninės kliūtys.
