Въвеждането на катодна дъга отлагане

Катодна дъга отлагането е широко използван индустриален мащаб процес за високо качество тънкослойни покрития. Процесът се основава на ниско напрежение, високо текущата катодна дъга физика които произвеждат гъста, силно йонизиран плазма. Катодна дъга отлагане се характеризира с почти 100 % йонизиран отлагане плазма с относително високо енергийни отлагане йони.

Катодна дъга отлагане работи под вакуум условия, с помощта на специално проектирани отлагания главички. Катодна дъга утайките могат да бъдат експлоатирани в двете DC или импулсни режими. И в двата случая захранване се прилага напрежение, което произвежда дъга отговорност между анода и катода. Текущи дъгата е концентрирана върху малка площ на катода, което създава изключително висока плътност на тока (~ 1012 A/m2) в това, което обикновено се наричат "катод петна".

Тази висока плътност на тока е свързана с изключително висока мощност плътност (~ 1013 W/m2) който произвежда локализирани фаза трансформация на плътна мишена (материала катод) плазмата, почти напълно йонизиран отлагане. Плазмата се разширява бързо в околния вакуум към субстрата.

По време на отлагането на субстрата плазма има йони скоростите с кинетична енергия на около 20 eV за леки елементи и 200 ЕГ за тежки елементи. Това може да се сравни с разпрашване, където енергията е няколко eV най-много. 

Има редица предимства за по-високите енергии Йон свързани с катодна дъга отлагане. За пример катодна дъга отлагане филми са склонни да бъдат по-плътен и имат по-добри характеристики на сцепление от филми произведени чрез използване на други методи. Депозираните атомите проникнат през повърхността, заключване на покритие на повърхността с високо сцепление.

Енергичен йони, създадени от катодна дъга отлагане също така позволяват използването на по-ниски температури на субстрата в сравнение с други процеси. Това е защото на катодна дъга отлагане йони носят достатъчно енергия, за да форма гъста, компактен филми без нужда от допълнителни топлинна енергия да се предоставя от субстрата.

Катодна дъга отлагане висока йонизация фракция позволява отлагането материал да бъдат контролирани. Например чрез biasing субстрат може да се увеличи енергията на удара на йони на субстрата. Плазмен поток може да бъде rastered с помощта на магнитни полета, което позволява на отлагането материал да бъдат преместени за повърхността, средно покритие без преместване на субстрата.

За отлагане на реактивен катодна дъга отлагане позволява химически точна филми да се произвеждат в широк диапазон на газ натиск. Това облекчава необходимостта за точното налягане контрол, който увеличава добива и намалява reworks, намаляване на разходите на покритието. От друга страна реактивен разпрашване често страда от "целеви отравяне," в който Кислородът, засяга повърхността на целта и форми оксиди, влияещи върху цената на задавя. Това създава еднаквост проблеми с покритието. Тъй като енергия, свързана с катодна дъга отлагане процеси целеви отравяне не се проявява като лесно, произвежда повече еднакво филми с по-малко проблеми.

Процес на катодно отлагане дъга произвежда така наречените "макро частици" (или капчици) заедно с отлагането на плазмата. Макро частици са с размер от по-малко от един микрометър до около 10 микрометра в диаметър. За много приложения, покритие (инструмент покрития за пример) на макрос частици не са вредни и не са предприети мерки за отстраняването им. Въпреки това, за някои приложения (напр. оптични покрития) макросите разрушават покритието достатъчно, те трябва да бъдат отстранени. Това обикновено се постига с помощта на 90 градуса магнитни филтри, които ръководят отлагането плазма от правата линия траектории на макросите. Използването на филтър, над 99 % от макроси са отстранени, производство на високо качество, частица свободен покрития.