Các nhà khoa học phát triển công nghệ phim mỏng sử dụng Magnetron Sputtering

Hãy tưởng tượng về lớp phủ bảo vệ độ phân giải cao bền trên màn hình điện thoại thông minh hoặc lớp phủ chống tia cực tím trên cửa sổ xe hơi.Câu trả lời có lẽ nằm trong một công nghệ hấp dẫn gọi là magnetron sputtering - không phải là khoa học viễn tưởng, nhưng một kỹ thuật lắng đọng phim mỏng tiên tiến trong thế giới thực hoạt động như một nhà giả kim, biến các vật liệu thông thường thành lớp phủ chức năng.

Câu chuyện bắt đầu với hiện tượng "thổi bướm", đơn giản, nó liên quan đến việc ném bom một vật liệu (được gọi là "mục tiêu") với các hạt năng lượng cao (thường là các ion khí).Những ion này hoạt động như những viên đạn vi mô đâm vào bề mặt mục tiêu.Với đủ năng lượng, chúng có thể loại bỏ các nguyên tử khỏi vật liệu mục tiêu. Những nguyên tử bị đẩy ra sau đó đi đến chất nền (đối tượng được phủ), tạo thành một màng mỏng trên bề mặt của nó.

Được phát hiện vào thế kỷ 19, phun không thấy ứng dụng thương mại cho đến những năm 1940 với công nghệ phun diode.Phân xạ diode ban đầu đã chứng minh không hiệu quả - tỷ lệ lắng đọng chậm và chi phí cao hạn chế việc áp dụng.

Khung cảnh thay đổi đáng kể vào năm 1974 với sự ra đời của công nghệ phun magnetron, hoạt động như một "turbocharger" cho hiệu quả lắng đọng.Sự đổi mới cốt lõi của kỹ thuật nằm trong việc sử dụng từ trường và điện trường để hạn chế electronĐiều này làm tăng đáng kể sự va chạm của electron với các nguyên tử khí,tạo ra nhiều ion hơn để ném bom mục tiêu và do đó cải thiện hiệu quả phun.

So với các phương pháp lắng đọng chân không khác, magnetron sputtering mang lại những lợi thế rõ ràng: tốc độ lắng đọng nhanh hơn, khả năng tương thích vật liệu rộng hơn (bao gồm kim loại, hợp kim và gốm sứ),và đồng nhất phim vượt trộiCác lợi ích này đã dẫn đến việc áp dụng rộng rãi trên các ngành công nghiệp.

• DC Magnetron Sputtering:Hình thức đơn giản nhất sử dụng điện dòng liên tiếp, nhưng giới hạn các vật liệu dẫn điện.
• Đánh bóng DC xung:Giải quyết giới hạn DC bằng cách chuyển mạch điện định kỳ để ngăn chặn tích lũy điện tích, cho phép lắng đọng vật liệu không dẫn điện.
• RF Magnetron Sputtering:Sử dụng dòng điện xoay chiều tần số cao để linh hoạt tối đa vật liệu (bao gồm kim loại, bán dẫn, gốm và polyme), mặc dù chi phí thiết bị và độ phức tạp hoạt động cao hơn.

Lựa chọn phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể: DC cho lớp phủ vật liệu dẫn điện kinh tế, DC xung cho chất cách điện có hiệu suất vừa phải và RF cho khả năng tương thích vật liệu rộng nhất với chi phí cao hơn.

Ở cấp độ vi mô, magnetron sputtering hoạt động trong một buồng chân không cao để giảm thiểu ô nhiễm. Vật liệu mục tiêu được gắn trên cathode trong khi chất nền nằm trên anode.Sau khi nhập khí argon, điện áp cao giữa các điện cực ion hóa khí, tạo ra plasma chứa ion dương và electron.

Các trường từ giới hạn các electron gần bề mặt mục tiêu nơi chúng va chạm với các nguyên tử argon, tạo ra nhiều ion hơn để ném bom vào mục tiêu.tạo thành một lớp mỏng. Kiểm soát chính xác điện áp, dòng điện, áp suất khí và nhiệt độ cho phép điều chỉnh độ dày, thành phần, cấu trúc và tính chất của phim.

Chọn khí phun phụ thuộc vào vật liệu nền và trọng lượng nguyên tử.Giới thiệu khí phản ứng như oxy hoặc nitơ cho phép "phát xạ phản ứng"," trong đó các nguyên tử mục tiêu phản ứng hóa học để tạo thành các bộ phim oxit hoặc nitride.

• ổ cứng máy tính:Điều quan trọng để lắng đọng các lớp ghi âm từ cực mỏng, đồng nhất.
• Sản xuất bán dẫn:Nạp các loại phim khác nhau bao gồm kết nối kim loại, lớp cách nhiệt và lớp rào cản.
• Phương pháp quang họcTạo lớp phủ chống phản xạ, gương và bộ lọc cho kính, máy ảnh và kính thiên văn.
• Microelectronics:Sản xuất điện trở màng mỏng, tụ điện và cảm biến.
• Vải:Áp dụng lớp phủ kim loại / oxit chức năng cho các tính chất kháng khuẩn, bảo vệ tia UV hoặc dẫn điện.
• Máy gia công:Nâng cao độ bền của công cụ / khuôn bằng lớp phủ chống mòn.

Mục tiêu cốt lõi là hình thành các bộ phim đồng nhất, dày đặc, hiệu suất cao thông qua kiểm soát chính xác sức mạnh, áp suất, nhiệt độ và thời gian.đinh plasma) cải thiện độ dính của phim.

Magnetron sputtering hầu như không áp dụng các hạn chế vật liệu - kim loại, hợp kim, gốm sứ, polymer, thậm chí các vật liệu sinh học có thể phục vụ như mục tiêu.kết hợp với kiểm soát thành phần tuyệt vời và gắn kết chất nền mạnh, làm cho nó cực kỳ linh hoạt.

So với các phương pháp thay thế, magnetron sputtering cung cấp hiệu quả chi phí vượt trội thông qua sự đồng nhất khu vực lớn, khả năng sản xuất hàng loạt và bảo trì tương đối thấp.RF magnetron sputtering làm giảm thêm các hạn chế vật liệu bằng cách loại bỏ các yêu cầu dẫn điện.

• Tỷ lệ gửi tiền cao
• Mức độ phù hợp tuyệt vời
• Độ tinh khiết cao
• Sự bám sát mạnh
• Đồng nhất vượt trội
• Xử lý nhiệt độ thấp

1. Chuẩn bị chất nền:Cầm vững để ngăn chặn chuyển động trong khi lắng đọng.
2. Xử lý chân không:Chuyển vào buồng chân không thông qua hệ thống khóa tải.
3. Thiết lập súng phun:Thiết lập vật liệu mục tiêu với kết hợp từ tính.
4. Thêm khí:Bắt đầu lưu lượng argon (các khí khác có thể gây ra các phản ứng không mong muốn).
5. Chế độ phun trước:Tăng năng lượng dần dần để làm sạch mục tiêu và chất nền.
6. Sự hình thành huyết tương:Sự giam giữ từ tính tạo ra sự ion hóa mật độ cao gần mục tiêu.
7. Việc ném bom ion:Các ion tích cực tăng tốc hướng tới mục tiêu tích điện âm.
8. Sự phát triển của phim:Các nguyên tử mục tiêu trung lập lắng đọng trên chất nền.
9. Bộ phim:Phát triển lớp phủ quy mô vi mô.
10. Ánh sáng plasma:Dấu hiệu rõ ràng về các va chạm hạt năng lượng cao.

Là một công nghệ phim mỏng tiên tiến, magnetron sputtering tiếp tục tăng tầm quan trọng trong khoa học và công nghiệp hiện đại.có khả năng cách mạng hóa chức năng vật liệu và nâng cao cuộc sống hàng ngàyCông nghệ đáng chú ý này thực sự làm cho "khóa học" trở thành hiện thực, biến đổi các vật liệu cơ bản thành các lớp phủ phi thường thông qua các nguyên tắc vật lý tinh vi đáng để tiếp tục khám phá.