W jaki sposób ciśnienie robocze w maszynie powlekania rozpylającego magnetron wpływa na jakość i jednorodność powłoki stosowanej do substratów?

Ciśnienie robocze odgrywa bezpośrednią rolę w kontrolowaniu szybkości osadzania materiału rozpylonego na podłożu. Przy niskich ciśnieniach średnia swobodna ścieżka - odległość przelewa się rozpylony atom przed zderzeniem z innymi cząsteczkami - dłużej. Oznacza to, że rozpylone cząstki mogą podróżować swobodniej i bezpośrednio z celu do podłoża, zwiększając wydajność procesu osadzania. Powoduje to szybszy wskaźnik osadzania. Jednak wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta również częstotliwość zderzeń między cząstkami rozpylonymi a cząsteczkami gazu. Te dodatkowe zderzenia powodują, że rozpylone atomy utracą energię lub zmieniają swoją trajektorię, zmniejszając bezpośredniość procesu osadzania i spowalniając szybkość osadzania. Ta różnica w szybkości osadzania się przy ciśnieniu ma kluczowe znaczenie dla kontrolowania grubości powłok, zapewniając, że spełniają one określone wymagania dla różnych zastosowań.

Na jednolitość powłoki ma duży wpływ na ciśnienie robocze. Przy niższych ciśnieniach zmniejszona liczba zderzeń cząsteczek gazu pozwala na przemieszczenie cząstek rozpylanych z większą energią kierunkową, co powoduje równe i spójne osadzanie na powierzchni podłoża. Natomiast przy wyższych ciśnieniach cząsteczki rozpylone ulegają większej liczbie zderzeń z cząsteczkami gazu, co może powodować rozproszenie w wielu kierunkach przed dotarciem do podłoża. To rozpraszanie prowadzi do mniejszej powłoki, z wariantami grubości na powierzchni. Warunki pod wysokim ciśnieniem mogą również prowadzić do tworzenia filmów nierównomiernych, które mogą wpływać na wydajność powłoki w zastosowaniach wymagających wysokiej precyzji, takich jak urządzenia półprzewodników lub powłoki optyczne.

Gęstość i stabilność plazmy są ściśle powiązane z ciśnieniem roboczym w komorze rozpylającej. Przy zbyt niskim ciśnieniu utrzymanie stabilnego osocza może być trudne, ponieważ szybkość jonizacji gazu maleje, co czyni proces rozpylania nieobliczalny i niewiarygodny. Niestabilność w osoczu może prowadzić do niespójnego rozpylania, z różnicami energii rozpylonych cząstek i nierównomiernym tworzeniem folii. Wyższe ciśnienia ustabilizują jednak plazmę poprzez zwiększenie liczby cząsteczek gazu, które można jonizować. Bardziej stabilna plazma zapewnia bardziej kontrolowane rozpylanie, umożliwiając lepszą spójność w osadzaniu się filmu. Jednak nadmiernie wysokie ciśnienia może powodować, że osocze staje się zbyt gęste, co prowadzi do zwiększonej reakcji w fazie gazowej i potencjalnej degradacji jakości zdeponowanej folii.

Gęstość filmu i mikrostruktura osadzonej powłoki są bardzo wrażliwe na ciśnienie. Przy niskich ciśnieniach rozpylone cząsteczki docierają do podłoża o wyższej energii, co pozwala im łatwiej rozpraszać po lądowaniu. Ta zwiększona dyfuzja prowadzi do gęstszej, bardziej zwartej powłoki z lepszą przyczepnością do podłoża. Gęstsza powłoka zazwyczaj wykazuje doskonałe właściwości mechaniczne, takie jak wyższa twardość, lepsza odporność na zużycie i poprawa siły adhezji. Natomiast wyższe ciśnienia zmniejszają energię przybywających cząstek rozpylonych z powodu częstszych kolizji z cząsteczkami gazu. Powoduje to mniej gęstą, bardziej porowatą powłokę, która może negatywnie wpłynąć na właściwości mechaniczne filmu, takie jak niższa wytrzymałość adhezji i zmniejszona trwałość. Bardziej porowata powłoka może skutkować zwiększoną chropowatością, co może być niepożądane w niektórych zastosowaniach, które wymagają gładkich lub optycznie przezroczystych powłok.

Na morfologię powłoki, w tym jej szorstkość i struktura ziarna, silnie wpływa ciśnienie robocze. Przy niższych ciśnieniach rozpylone atomy lub cząsteczki są osadzane z wyższą energią, co powoduje mniejsze ziarna i gładszą, bardziej jednolitą folię. Jest to korzystne dla osiągnięcia powłok o wysokiej wydajności, takich jak te stosowane w warstwach optycznych lub cienkowarstwowych ogniwach słonecznych, w których jednolitość i gładkość są krytyczne. Przy wyższych ciśnieniach zwiększona liczba zderzeń może powodować większe ziarna i bardziej szorstką morfologię powierzchni. Może to prowadzić do powłok o zwiększonej chropowatości powierzchni, co może być akceptowalne lub nawet pożądane w niektórych zastosowaniach, takich jak katalizatory lub powłoki dekoracyjne, ale może powodować problemy w precyzyjnych zastosowaniach, w których gładkość jest priorytetem.

Magnenetron rozpylający maszyna do powlekania