Productcategorie
Neem contact op met ons

Haohai Metaal Meterials Co, Ltd

Haohai Titanium Co, Ltd


Een jurk:

Plant No.19, TusPark, Century Avenue,

Xianyang City, Shaanxi Pro., 712000, China


Tel:

+86 29 3358 2330

+86 29 3358 2349


Fax:

+86 29 3315 9049


E-mail:

info@pvdtarget.com

sales@pvdtarget.com



Service-hotline
029 3358 2330

Technologie

Huis > TechnologieInhoud

Verdamping en sputteren


Vergelijking tussen verdamping en sputteren


Verdamping met behulp van een elektronenstraal

Bij thermische verdamping ondergaat de bulk van het depositiemateriaal de overgang van vaste naar dampvormige toestand door middel van thermische verwarming of elektronenbombardement. Het verdampte materiaal wordt vervolgens naar het substraat gevoerd waar het groeien van de dunne film plaatsvindt. De kritische parameters van een dergelijke coatingtechnologie zijn hoofdzakelijk de gemiddelde snelheid van de verdampte deeltjes en hun hoekverdeling. De basisdruk moet in het hoogvacuümbereik worden gehouden om het aantal inslaggebeurtenissen tussen de verdampingsdeeltjes en de restgassen in de kamer te minimaliseren. Hoog vacuüm maakt het de deeltjes mogelijk om een voldoende "gemiddeld vrij pad" te hebben om de dunne film op substraatniveau te laten groeien. Coating door middel van verdamping wordt gewoonlijk uitgevoerd in een kamer zoals die is weergegeven in figuur 1 hieronder. De roestvrijstalen kamer wordt geëvacueerd met behulp van een primaire en een secundaire pomp (zoals een turbopomp zoals in het voorbeeld of een diffusiepomp). De bron van het verdamper is een e-straalpistoolkop; de coatinggroei wordt geregeld door een kwartskristal microbalans die zowel de dikte als de verdampingssnelheid kan aangeven. Een ionenpistool wordt toegevoegd om de dichtheid van het coatingmateriaal te vergroten of om de substraten voor de depositie voor te bereiden.

PVD evaporation chamber.jpg

Figuur 1: PVD-verdampingskamer



Verdeling van het verdamper: uniformiteitsmasker

Voor een vlak substraat is de verdeling van het verdampte materiaal sterk afhankelijk van de afstand tussen de bron en het te bekleden substraat, alsmede van de hoek tussen het substraat en de verdampingsbron. De afhankelijkheid wordt bepaald door de zogenaamde cosinuswet, waardoor de afstandsafhankelijkheid omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand en de hoekafhankelijkheid evenredig is met de cosinus van de hoek. Hoewel de eerste meestal kan worden gecorrigeerd door een sferische kromme te gebruiken die de substraten vasthoudt, vereist de tweede factor een uniformiteitsmasker om een uniforme verdeling van het verdampte materiaal op alle substraten te verkrijgen.


Coating materialen met thermische of e-beam verdamping

Coating door middel van materiaalverdamping was een grote stap in de coatingtechnologie toen het in de jaren dertig werd geïntroduceerd. Tegenwoordig maakt deze technologie het gebruik van veel verschillende coatingmaterialen mogelijk, zoals geïllustreerd in de onderstaande tabel:

Afzetting
materialen Typische verdamping Onzuiverheid Deposition Rate Temperatuurbereik Kosten
warmte- Metalen of materialen met een laag smeltpunt

Au, Ag, Al, Cr, Sn, Sb, Ge, In, Mg, Ga

CdS, Pbs, CdSe, NaCl, KCl, AgCl, MgF 2 , CaF 2 , PbCl 2

hoog 1 - 20 A / s - 1800 ℃ Laag
E-Beam Zowel metaal als diëlektrica

Alles hierboven, plus:

Ni, Pt, Ir, Rh, Ti, V, Zr, W, Ta, Mo, Al 2 O 3 , SiO, SiO 2 , SnO 2 , TiO 2 , ZrO 2

Laag 10 - 100 A / s - 3000 ℃ hoog


Sputter coating technologie

Sputtercoating, ook bekend als "kathodisch sputteren", gebruikt de eroderende werking van versnelde ionen aan het oppervlak van een doelmateriaal. Deze ionen hebben genoeg energie om deeltjes te verwijderen (= sputteren) op het doeloppervlak. In zijn eenvoudigste vorm wordt onder hoogvacuüm een elektrisch veld gegenereerd tussen een anode en een kathodeplaat (doel) die moet worden gesputterd. Door middel van elektrische spanning wordt een werkgas, in het algemeen Argon (Ar), geïoniseerd waardoor een glimontlading ontstaat. Omdat het doel op een negatieve spanning wordt gehouden, versnellen de positieve Ar + -ionen naar het doel en "sputteren" de atomen op het oppervlak. In tegenstelling tot thermische verdamping worden bij het sputteren de deeltjes van het doelwit niet door warmte verplaatst, maar door middel van directe "momentumoverdracht" (niet-elastische botsing) tussen de ionen en de atomen van het af te zetten materiaal. Om sputteren te bewerkstelligen is een bepaalde drempelenergie nodig om atomen van het doeloppervlak te verwijderen en ze in het vacuüm te brengen. Dit wordt aangegeven door de sputterefficiëntie S, die de verhouding is van het gesputterde materiaal per Ar + ion. Sputterprocessen hebben veel hogere energie dan verdampingsprocessen, wat betekent dat het gesputterde materiaal meestal in de vorm van ionen is met het vermogen om zeer dichte coatings te genereren.


Magnetron sputteren

De meest gebruikelijke sputtertechnologie is magnetronsputteren waarbij magneten in het gebied van het doelwit worden geplaatst om de dichtheid van de sputterende ionen zeer hoog te houden, hetgeen de sputterefficiëntie verhoogt. Op die manier is het mogelijk om een hogere en stabielere sputtersnelheid en dus een snellere afzetting te hebben. Het magnetron sputter coating proces vereist geen microbalance controle; online diktecontrole kan alleen worden uitgevoerd door sputtertijd: eenmaal gestart, hangt de coating depositiesnelheid (dwz de dikte gecoat per seconde meestal gegeven als nm / s) af van het magnetische veld, het elektrische versnellingsveld en de gasdruk. Als deze parameters constant zijn, is de depositiesnelheid ook stabiel en zal reproduceerbaar zijn onder dezelfde omstandigheden als de bovengenoemde parameters.


De volgende figuur 2 toont een rond siliciumdoel onder bombardement van Ar + -ionen. Het is mogelijk om de hoogste dichtheid van de ionen (wit licht) te zien die overeenkomt met het permanente magnetische veld. Sputterde atomen zullen echter van het gehele magnetronoppervlak komen.

th.jpeg

Figuur 2: Plasma van een cirkelvormig siliciumdoel onder een argonionenbombardement



Reactief sputteren

Bij reactieve magnetronsputteren wordt een reactief gas (of een gasmengsel) toegevoegd aan het inerte gas (bijvoorbeeld Argon) en reageert met de atomen die geërodeerd zijn van het doelwit tijdens de laagvorming op het substraat. De juiste hoeveelheid reactief gas wordt bepaald door de vereiste optische eigenschappen van het beklede materiaal. De film kan sub-stoichiometrisch, stoichiometrisch of geoxideerd zijn, afhankelijk van de hoeveelheid reactieve gassen die in de coatingkamer wordt ingebracht, wat leidt tot volledig verschillende fysieke en optische kenmerken van het gecoate materiaal1. Met deze technologie is het bijvoorbeeld mogelijk om materiaallagen met hoge brekingsindex en lage brekingsindex te coaten met slechts één doelwit.


Silicium is een van de interessantste coatingmaterialen. Door het mengen van silicium met stikstof is het mogelijk om het hoge brekingsindexmateriaal Si3N4 (n = 2,05 520 nm in zijn bulkvorm) te verkrijgen; door het te mengen met zuurstof is het mogelijk om het Si02 met lage brekingsindex te verkrijgen (n = 1,46 bij 520 nm in zijn bulkvorm). In figuur 3 is een schema van de reactieve sputtertechnologie weergegeven. Stikstof en zuurstof worden gebruikt als reactieve gassen; Argon wordt gebruikt om het plasma te maken en het siliciumdoel te sputteren.

Reactive sputtering chamber.jpg

Figuur 3: Reactieve sputterkamer



Vergelijking tussen verdampings- en sputtercoatings

Sputteren is geen verdampingsmethode. De hoge energie die bij het proces is betrokken, zal geen verdampte atomen veroorzaken zoals bij thermische verdamping. Het creëert eerder een plasma van geladen sputterde deeltjes met veel hogere energie. Door de energie van de deeltjes verkregen door sputteren en door verdamping te vergelijken, zijn deze laatste veel minder energetisch en kunnen ze zich daarom niet organiseren om een hoge dichtheid te hebben wanneer een dunne film op het substraat groeit.


Zoals geïllustreerd in figuur 1, heeft e-beam verdamping de hulp nodig van een ionenbundel tijdens depositie om een hogere dichtheid te verkrijgen. Deze technologie wordt ION Assisted Deposition (IAD) genoemd. In het ionenstraalkanon wordt een plasma van een inert of reactief gas gegenereerd; de geladen deeltjes uit het pistool raken de groeiende film en verhogen de filmdichtheid. Hogere dichtheid kan de mechanische eigenschappen van een gecoate film verbeteren of de slijtvastheid van een coating verhogen. Een andere beperking van de verdamping is de sterke afhankelijkheid van de verdampingssnelheid van het verdampingsmateriaal, waardoor het onmogelijk is stoffen met een gecompliceerde stoichiometrie of zelfs legeringsmaterialen te verdampen. Daarentegen is sputteren veel minder gevoelig voor de stoichiometrie van het doel. Bij sputteren is het echter onmogelijk om fluoridematerialen (zoals MgF 2 ) te coaten, omdat het gesputterde plasma de structuur van de fluoridefilms vernietigt.


Op zoek naar de oogheelkundige industrie is sputteren nu een volwassen technologie voor de productie van AR of Mirror coated lenzen. De belangrijkste voordelen zijn de snelheid van het proces, de stabiliteit van de afzettingssnelheid waarmee de kwartsglasmonitor kan worden vermeden en de mogelijkheid om volledig geautomatiseerde processen uit te voeren.


Het automatiseringsvermogen is gebaseerd op de volgende twee feiten:

Omdat sputteren gebruik maakt van een sputter- en / of reactief gas, heeft het sputterproces niet hetzelfde lage vacuümniveau nodig als verdamping.

Distributie is niet gerelateerd aan de verdampingskegel zoals in het verdampingsproces. Het is daarom mogelijk om meer compacte coatingkamers te realiseren die gemakkelijker kunnen worden geïntegreerd in een geautomatiseerde productielijn (samen met een lensgenerator, polijstmachine en een spincoater voor harde coating).


De bovengenoemde kenmerken hebben geleid tot de productie van vele in-line sputtersystemen voor verschillende productietoepassingen in en buiten de oftalmische industrie. Vandaag, net als bij verdamping, kan de combinatie van kunststof substraat + harde lak + sputter-AR-coating worden afgestemd om een hoogwaardig lensproduct te bereiken met betrekking tot optische, mechanische en duurzaamheidseigenschappen.


CONCLUSIE

Een zeer kort overzicht van de meest voorkomende PVD-technologieën is verstrekt. Thermische verdamping is de meer volwassen technologie: het bestaat al sinds de jaren 1930, bekwame en getrainde operators zijn overal ter wereld beschikbaar en het maakt coating van bijna alle materialen die nodig zijn voor "standaard" coatingtoepassingen mogelijk (bijvoorbeeld: voor het coaten van oftalmische lenzen). Sputteren is een jongere technologie: het bestaat al sinds het begin van de jaren '70 en werd voornamelijk gebruikt voor hoogwaardige toepassingen (zoals optische ruimte). Tegenwoordig worden de voordelen echter ook gebruikt voor "standaard" oftalmische coatings. Thermische verdamping heeft een hoog vacuüm nodig terwijl sputteren bij hogere druk werkt, waardoor het een gemakkelijk te automatiseren technologie is die kan worden toegepast in inline-coatingsystemen. De sputterbekledingssnelheid is zeer instelbaar en bereikt - afhankelijk van de plasmageneratietechnologie - zeer hoge en stabiele waarden met DC (= gelijkstroom) of gepulseerde gelijkstroomtechnologie. Beide coatingtechnologieën kunnen worden afgestemd om verschillende fysische eigenschappen van de gecoate films te verkrijgen. De beslissing over welke technologie moet worden gebruikt, moet zijn gebaseerd op de vereiste productieopbrengst, kosten, aantal te bekleden substraten, substraattype en de uiteindelijke eigenschappen van de coating.



Een paar: No

Volgende: VOORUITBLIK IN SPUTTERENDE COATING