Ефект на отрицателно отклонение върху структурата и скоростта на отлагане на мулти-Arc Arc йонно покритие TiN филми

Когато се използва мулти-дъгова йонно покритие за нанасяне на TiN тънък филм върху повърхността на полирана високоскоростна стомана, с други параметри непроменени, се изследва влиянието на напрежението на притискане върху скоростта на отлагане на тънкия филм. Експерименталните резултати показват, че с увеличаването на отрицателното отклонение скоростта на отлагане се увеличава непрекъснато, но след като отрицателното отклонение достигне определена стойност, скоростта на отлагане намалява с увеличаването на напрежението на пристрастие.

Благодарение на високата си твърдост, нисък коефициент на триене, добра химическа инертност, уникален цвят и добра биосъвместимост, TiN филмите се използват широко в машиностроенето, пластмасата, текстила, медицинската индустрия, микроелектрониката и други индустрии. Той се превърна в един от най-широко използваните тънки филмови материали в индустриалните изследвания и приложения сега. Съществуват много методи за подготовка на TiN филми, сред които многопластовото йонно покритие е една от най-широко използваните технологии в индустрията днес. Тази технология произхожда от 60-те години на миналия век и оттогава бързо се развива. Тънкият филм с множество дъгообразуващи йони има много предимства, като адхезия на силна филмова основа, висока плътност на филмовия слой, широка гама от материали, които могат да бъдат покрити, добро покритие и ниска температура на отлагане. Съществуват обаче много фактори, които оказват влияние върху качеството на филма по време на процеса на нанасяне на покритието. Вътрешни и международни проучвания показват, че основните параметри на процесите, засягащи мулти-дъговидните йони, са целевият целеви ток, налягането на реакционния газ, отрицателното отклонение на субстрата, парциалното налягане на азота и температурата на отлагане на субстрата.

В тази книга изследваме главно влиянието на отрицателното отклонение върху скоростта на отлагане. Когато субстратът е отрицателно предубеден, йоните в плазмата ще бъдат ускорени от отрицателното електрично поле на прицелване към субстрата. Когато достигат до повърхността на субстрата, йоните бомбардират субстрата и прехвърлят енергията, получена от електрическото поле върху субстрата, което причинява повишаване на температурата на субстрата. Следователно, напрежението на отрицателното напрежение на субстрата оказва голямо влияние върху скоростта на отлагане, вътрешния остатъчен стрес, свързващата сила на филма и субстрата, триещите свойства на мембраната / основата в процеса на нанасяне на покритие. Промяната на отрицателното отклонение на субстрата може да регулира енергията на отложените йони и температурата на повърхността на субстрата, за да се контролира качеството на покритието. Влиянието на отрицателното отклонение върху структурата и свойствата на TiN с многопластово йонно покритие е изследвано и докладвано. Въпреки това, рядко се съобщава ефектът от отрицателното отклонение върху скоростта на отлагане на тънки филми. Тази статия има за цел да проучи влиянието на отрицателното отклонение върху скоростта на отлагане на филма.

1. Експериментален метод

Като основен материал се използва полирана високоскоростна стомана. Пробата се измива ултразвуково с абсолютен етанол в продължение на 20 минути и след това повърхността на субстрата се избърсва с абсолютен етанол и разтвор на ацетон, след това се изсушава и многократно се поставя върху основната рамка на системата за йонизиращо покритие с множество дъги, между целта и субстрата е 250 мм. Когато вакуумната камера се изпомпва до фонов вакуум от 2.6 х 10 -3 Ра, аргонният газ се зарежда до 5 Pa ~ 10 Ра, а към детайла се прилага отрицателно напрежение от 500 V. След като се поддържат за 2 минути до 3 минути, напрежението се повишава до 900 V. Аргонът образува лавандулово плазмена светлина при ниско напрежение и под действието на електрическо поле аргон йони бомбардират детайла. След измиването на светенето аргонът се редуцира до около 2 Ра, върху обработваемото изделие се прилага отрицателно напрежение от 900 V, а целта на Ti се запалва, след което субстратът се бомбардира с високоенергийни метални йони. След почистването напреженията на отрицателно напрежение се регулират на 0 V, -50 V, -100 V, -150 V, -200 V и -250 V съответно. И филмите TiN бяха депозирани. По време на процеса на нанасяне на покритие, напрежението на дъгата U = 20 V, токът на дъгата I = 65 А, а времето на отлагане е 30 минути. Рентгеновата дифракция се използва за анализиране на фазовата структура на филма. Микроструктурата на покритието се анализира чрез сканираща електронна микроскопия. Дебелината на филма се измерва, като се използва профил XP-2. След това скоростта на отлагане се изчислява въз основа на измерената дебелина и времето за отлагане.

2. Резултати и анализ

2.1. Фазовата структура на филма под различни отклонения

Фигура 1 показва рентгеновата дифракционна характеристика на филма. Анализът показва, че фазовата композиция на филма е TiN фаза. Когато не се прилага пристрастия, могат да се наблюдават дифракционни пикове, съответстващи на TiN (200) и (220) кристални равнини, но (111) пикът на дифракция е почти нулев. Най-силният пик в тази линия е от основата Fe (111), което показва, че дебелината на филма е малка и рентгеновите лъчи са проникнали в субстрата. С увеличаването на напрежението на пристрастие започва да се появява (111) кристална ориентация и предпочитаната (200) ориентация е относително отслабена. Когато напрежението на пристрастия достигне 200 V, филмът TiN показва силно (111) предпочитание. Отбелязваме, че пикът на Fe (111) постепенно се отслабва с увеличаването на напрежението на пристрастие, което показва, че дебелината на филма постепенно се увеличава.

Фигура 1 XRD дифракционен модел на TiN филми, получени при различни напрежения на пристрастия

2.2. Покритие на повърхностната морфология

Фигура 2 Повърхностна морфология на TiN покритието

В покритието с йонизиращо покритие с много дъгови частици върху повърхността има диспергирани частици. Обикновено се смята, че целта се стопява в малки капчици под висока температура на локалната дъга и се изхвърля и след това се прилепва към повърхността на покритието под формата на твърди частици. Твърдостта на тези домейни е по-ниска от тази на TiN филма. Тези меки петна са вредни за работата на покрития инструмент и също така намаляват повърхността на инструмента. С помощта на сканиращ електронен микроскоп може да се види, че TiN покриващите повърхностни частици обикновено са в обхвата от 1 цт до 2 цт, а броят на частиците до 5 цт е малък.