Jak ovlivňuje provozní tlak v magnetonovém rozprašovacím stroji kvalitu a uniformitu povlaku aplikovaného na substráty?

Provozní tlak hraje přímou roli při řízení rychlosti depozice rozprašovaného materiálu na substrát. Při nízkých tlacích se průměrná volná cesta - vzdálenost atomu rozprašovaně pohybuje, než se sráží s jinými částicemi - déle. To znamená, že rozprašované částice se mohou pohybovat volněji a přímo z cíle k substrátu, což zvyšuje účinnost procesu depozice. To má za následek rychlejší rychlost uložení. Jak se však tlak zvyšuje, zvyšuje se také frekvence kolizí mezi rozprašovanými částicemi a plynovými molekulami. Tyto další kolize způsobují, že rozprašované atomy ztratí energii nebo změní svou trajektorii, snižují přímou depoziční proces a zpomalují míru depozice. Tato změna rychlosti depozice s tlakem je pro výrobce zásadní pro kontrolu tloušťky povlaků a zajišťuje, že splňují specifické požadavky na různé aplikace.

Uniformita povlaku je silně ovlivněna provozním tlakem. Při nižších tlacích umožňuje snížený počet kolizí molekul plynu rozprašované částice cestovat s více směrovou energií, což vede ke rovnoměrnému a konzistentnímu ukládání na povrchu substrátu. Naproti tomu při vyšších tlacích podpružené částice podléhají více kolizí s molekulami plynu, což může způsobit, že se rozptýlí více směry před dosažením substrátu. Tento rozptyl vede k méně rovnoměrnému povlaku s změnami tloušťky přes povrch. Vysokotlaké podmínky mohou také vést k tvorbě nerovnoměrných filmů, které mohou ovlivnit výkon povlaku v aplikacích vyžadujících vysokou přesnost, jako jsou polovodičová zařízení nebo optické povlaky.

Hustota a stabilita v plazmě jsou úzce spojeny s provozním tlakem v rozprašovací komoře. Při příliš nízkém tlaku může být náročné udržovat stabilní plazmu, protože míra ionizace plynu klesá, což činí proces rozprašování nepravidelný a nespolehlivý. Nestabilita v plazmě může vést k nekonzistentnímu rozprašování, s změnami energie prskajících částic a nerovnoměrnou tvorbou filmu. Vyšší tlaky však stabilizují plazmu zvýšením počtu plynových molekul, které mohou být ionizovány. Stabilnější plazma zajišťuje více kontrolovaného rozprašování, což umožňuje lepší konzistenci při depozici filmu. Nadměrně vysoké tlaky však mohou způsobit, že se plazma stane příliš hustou, což vede ke zvýšeným reakcím na plynnou fázi a potenciální degradaci kvality usazeného filmu.

Hustota filmu a mikrostruktura usazeného povlaku jsou vysoce citlivé na tlak. Při nízkých tlacích dorazí rozprašované částice na substrát s vyšší energií, což jim umožňuje snadněji rozptýlit po přistání. Tato zvýšená difúze vede k hustšímu a kompaktnějšímu povlaku s lepší adhezí k substrátu. Hustší povlak obvykle vykazuje vynikající mechanické vlastnosti, jako je vyšší tvrdost, lepší odolnost proti opotřebení a zlepšená síla adheze. Naproti tomu vyšší tlaky snižují energii příchozích rozprašovaných částic v důsledku častějších kolizí s molekulami plynu. To má za následek méně hustší porézní povlak, který může negativně ovlivnit mechanické vlastnosti filmu, jako je nižší síla adheze a snížená trvanlivost. Více porézní povlak může vést ke zvýšené drsnosti, která může být nežádoucí v některých aplikacích, které vyžadují hladké nebo opticky jasné povlaky.

Morfologie povlaku, včetně jeho drsnosti a struktury zrn, je silně ovlivněna provozním tlakem. Při nižších tlacích jsou rozprašované atomy nebo molekuly ukládány s vyšší energií, což má za následek menší zrna a plynulejší a jednotnější film. To je prospěšné pro dosažení vysoce výkonných povlaků, jako jsou ty, které se používají v optických filmech nebo tenkovrstvých solárních článcích, kde je kritická jednotnost a hladkost. Při vyšších tlacích může zvýšený počet kolizí vést k větší zrna a drsnější morfologii povrchu. To může vést k povlakům se zvýšenou drsností povrchu, což může být přijatelné nebo dokonce žádoucí v určitých aplikacích, jako jsou katalyzátory nebo dekorativní povlaky, ale může způsobit problémy v přesných aplikacích, kde je hladkost prioritou.

Magnetron rozprašovací potahovací stroj