Принцип дальнего ультрафиолетового излучения 222 172 нм УФ-светодиодного электронно-лучевого испарения ионного луча и магнетронного распыления ионным лучом
9.3 Поток электронов дуги
В последние годы поток электронов дуги с высокой-энергией и высокой-плотностью в дуговых разрядах играет заметную роль в процессах ионного осаждения, таких как нагрев заготовок, очистка заготовок, усиление эффектов ионизации и осаждение покрытий. Эти аспекты были представлены в предыдущих главах. В этом разделе суммированы и систематизированы характеристики, методы генерации и применения потока электронов дуги, что позволяет читателям оценить важность полного использования потока электронов дуги.
9.3.1 Характеристики и методы генерации дугового электронного потока
1. Характеристики потока электронов дуги.
Плотность потока электронов, потока ионов и высокоэнергичных нейтральных атомов в дуговой плазме, генерируемой дуговым разрядом, значительно выше, чем в тлеющем разряде. В пространстве покрытия содержится больше ионов газа, ионов металлов, возбужденных атомов с высокой -энергией и различных активных групп, которые играют важную роль на этапах нагрева, очистки и нанесения покрытия в процессе осаждения. Форма действия дугового электронного потока отличается от формы действия ионных пучков; он не полностью сведен в «луч», а в основном находится в расходящемся состоянии, поэтому его называют дуговым потоком электронов. Поскольку поток электронов дуги движется к аноду, куда бы ни был подключен положительный полюс источника питания дуги, поток электронов дуги будет направлен туда. Анодом может быть заготовка, вспомогательный анод, тигель и т.п.
2. Методы создания дугового электронного потока.
(1) Генерация газового источника потока электронов дуги
Дуговой разряд с полым катодом и дуговой разряд с горячей нитью могут достигать тока дуги около 200 А при напряжении дуги 50–70 В.
(2) Генерация твердого источника потока электронов дуги
Катодные дуговые источники, включая небольшие дуговые источники, столбчатые дуговые источники, прямоугольные плоские большие дуговые источники и т. д. Каждый разряд катодного дугового источника имеет ток дуги 80–200 А и напряжение дуги 18–25 В. Поток дуговых электронов с высокой-плотностью и низкой-энергией в плазме дугового разряда обоих типов может вызывать интенсивную ионизацию столкновений с атомами газа и металлического покрытия, образуя больше ионов газа, ионов металлов, различных активных атомов с высокой-энергией и активных групп, тем самым увеличивая общую активность ионов покрытия.
9.3.2 Применение дугового электронного потока
1. Применение потока электронов газовой дуги
1) Компания Balzers первой изобрела машину для дугового ионного покрытия с горячей нитью
Поток электронов дуги, испускаемый дуговой пушкой с горячей нитью сверху вниз по направлению к аноду, может управлять всем процессом нагрева, очистки и нанесения покрытия на заготовку путем изменения положения анода и изменений электромагнитного тока. Хотя эта гальваническая машина больше не используется для нанесения покрытий, она по-прежнему используется для нагрева заготовок и бомбардировочной очистки.
2) Компания Hauzer меняет положение анода
Используя только эффекты электрического поля, поток электронов дуги ионизирует газообразный аргон во время движения к аноду, создавая поток ионов аргона высокой-плотности для бомбардировочной очистки заготовок; ионизирующий газообразный азот создает поток ионов азота высокой-плотности для дугового ионного азотирования.
3) Первоначально пушки с полым катодом использовались только в машинах ионного осаждения с полым катодом.
Компания Dalian Jingjing Technology Co., Ltd. установила пистолет с полым катодом в небольшую машину для ионного покрытия с источником дуги в качестве источника бомбардировочной очистки заготовок, добившись хороших результатов очистки и улучшив яркость поверхности заготовок.
4) Доктор Пэн Хунцзянь установил пистолет с полым катодом в небольшую машину для ионного покрытия с дуговым источником.
При нанесении покрытия с помощью источника небольшой дуги одновременно активируется пушка с полым катодом, используя поток электронов дуги высокой-плотности, чтобы увеличить вероятность столкновения с частицами покрытия, улучшая структуру покрытия. Рисунок 9-10 Снимки структуры покрытия, полученные с помощью атомно-силового микроскопа, уточненные потоком электронов дуги с полым катодом a) Ток пушки с полым катодом 0 А b) Ток пушки с полым катодом 120 А c) Ток пушки с полым катодом 140 А d) Ток пушки с полым катодом 160 А Примечание. Этот рисунок предоставлен доктором Пэн Хунцзяном. Как видно на рисунке 9-10, с увеличением тока дуги полого катода крупные частицы в покрытии постепенно уменьшаются и измельчаются, что указывает на то, что поток электронов дуги высокой плотности может улучшить структуру покрытий из источников катодной дуги.
2. Применение потока электронов дуги твердого источника.
(1) Технология очистки детали с улучшенным потоком электронов дуги
В процессах ионного покрытия для заготовок обычно используется очистка ионов аргона тлеющим разрядом, но плотность потока ионов аргона из тлеющего разряда низкая; Использование ионов титана из плазмы катодно-дугового источника для очистки заготовок может привести к образованию крупных частиц на поверхности. Появилась новая технология, использующая поток электронов из плазмы, индуцированной холодным полем-дуги, испускаемой катодными дуговыми источниками, для ионизации газообразного аргона, производя ионы аргона низкой-энергии и высокой-плотности для очистки деталей. Различные совпадения положений катода-анода позволяют электрическим полям направлять поток электронов в любое желаемое положение анода. Бомбардировочная очистка потоком ионов аргона низкой-энергии и высокой-плотности обеспечивает хороший очищающий эффект и высокую яркость поверхности детали. Это самый простой и недорогой-метод получения потока ионов аргона высокой-плотности.
(2) Процесс нанесения покрытия методом магнетронного напыления с усиленным потоком электронов дуги
Технология нанесения покрытия магнетронным напылением работает в тлеющем разряде с низкой плотностью плазмы, что приводит к низкой скорости осаждения, низкой адгезии пленки-подложки, низкой скорости ионизации металла и низкой энергии частиц покрытия, что затрудняет получение составных пленок. В последние годы появилась новая технология за счет настройки катодно-дуговых источников в машинах магнетронного распыления для повышения уровня покрытия магнетронным распылением.
Поток электронов дуги-высокой плотности ионизирует газообразный аргон, образуя поток ионов аргона высокой-плотности для бомбардировочной очистки заготовок, заменяя давно используемую-очистку бомбардировкой ионами титана и улучшая декоративные эффекты для высококачественных-декоративных изделий, покрытых магнетронным распылением.
Поток дуговых электронов высокой-плотности ионизирует газообразный аргон, создавая поток ионов аргона высокой-плотности для распыления мишени, увеличивая скорость осаждения.
Соответствующие катодно-дуговые источники в покрытии мишени магнетронного распыления могут покрывать вместе мишени магнетронного распыления после очистки заготовки, позволяя получать пленки из сплавов и многослойные пленки.
Помощь в депонировании. Во время нанесения покрытия катодно-дуговыми источниками поток электронов силой более 100 А увеличивает скорость ионизации распыляемых атомов покрытия, способствуя образованию составной пленки; больше ионов металлов достигают заготовки, увеличивая скорость осаждения магнетронным распылением. В главе 7 была представлена машина для ионного осаждения столбчатой катодной дуги, разработанная Platt Company, со столбчатым катодно-дуговым источником, установленным посередине в качестве мишени для столбчатого магнетронного распыления (исходная модель m411). В средней мишени магнетронного распыления используются керамические изолирующие мишени, а в дверных столбчатых дуговых источниках используются различные мишени. Два разных источника столбчатого покрытия наносятся вместе, образуя композитные твердые покрытия. Дверные столбчатые дуговые источники могут очищать трубы и заготовки мишеней, а также служить источниками покрытия, обеспечивая при одновременном покрытии со средней столбчатой мишенью следующие эффекты:
Эмиссия потока электронов с высокой-плотностью увеличивает плотность ионов аргона, увеличивая скорость осаждения.
Поток электронов высокой-плотности увеличивает скорость ионизации частиц напыляемого покрытия, повышая скорость осаждения и достигая скорости 2 мкм/ч для композитных твердых покрытий.
Более высокая скорость ионизации повышает активность различных частиц покрытия, способствуя реактивному осаждению композитных твердых покрытий. Это отличный пример использования катодно-дугового источника-потока электронов, излучаемых дугой, для улучшения покрытия магнетронным распылением.
а) Электронно-лучевое испарение. Ионно-лучевое осаждение.
б) Магнетронное распыление ионно-лучевым осаждением
Они используют вспомогательные ионные пучки. Атомы пленки, распыленные из мишени ионными лучами, осаждаются на подложку, в то время как источник ионов слева облучает заготовку, обеспечивая одновременное напыление покрытия и бомбардировку ионным лучом. Преимущества включают в себя: распыленные частицы имеют высокую энергию в результате распыления ионным лучом высокой энергии, что обеспечивает хорошую адгезию к подложке; произвольные комбинации металлических и не-металлических элементов позволяют использовать различные типы пленок; высокий вакуум во время нанесения покрытия способствует получению тонких пленок с отличными характеристиками.
(3) Традиционный метод нанесения покрытия магнетронным напылением
Обычное магнетронное распыление имеет низкую скорость ионизации металлов, что затрудняет реактивное осаждение сложных пленок. Теперь целевое покрытие магнетронным распылением сочетается с бомбардировкой ионным лучом для улучшения качества покрытия, адгезии пленки-подложки и скорости ионизации частиц покрытия, увеличения скорости осаждения и облегчения создания тонких пленок. Эта технология широко применяется в машиностроении, аэрокосмической, информационной, архитектурной и декоративной сферах. Источники ионов с длинным полосковым анодным слоем больше подходят для покрытия плоских изделий большой-площади. В некоторых оптических приложениях эта вспомогательная технология может сочетать в себеУФ-светодиод 172 нмилидальний UVC 222нм-источники света для активации поверхности, что еще больше улучшает характеристики пленки.
(4) Применение технологии ионно-лучевого осаждения
Ионно-лучевое осаждение (IBAD) позволило успешно синтезировать новые материалы и получить-тонкие пленки с высокими эксплуатационными характеристиками, которые нашли применение в изоляционных, защитных, оптических пленках, покрытиях для лазерных зеркал для электронных устройств, а также в -стойких и коррозионно-стойких-пленках для инструментов, форм и подшипников.
1) Улучшение плотности пленки
Самое раннее применение ионно-лучевого осаждения было в создании функциональных тонких пленок с электрическими, магнитными и оптическими свойствами. Источники ионов низкой-энергии обеспечивают вспомогательную бомбардировку, точно контролируя структуру и плотность пленки с помощью ионных пучков. На рисунке 9-8 показано, что ионно-активированное осаждение увеличивает плотность структур покрытия, полученного электронно-лучевым испарением. Более высокая плотность пленки уменьшает пористость, улучшает адгезию и обеспечивает высокую устойчивость к лазерным повреждениям при низком оптическом рассеянии. В оптических системах глубокого ультрафиолета, сочетающихдальний UVC 222Источники света нанометрового диапазона могут дополнительно оптимизировать стабильность пленки на коротких длинах волн.
2) Получение функциональных тонких пленок стехиометрического состава.
Обычными оптическими пленками являются оксидные пленки, такие как [различные оксиды]. Прямое испарение этих оксидов во время нанесения покрытия вызывает дефицит кислорода, что влияет на оптические характеристики пленки. Осаждение с использованием ионно-кислородного осаждения компенсирует потери кислорода во время осаждения, создавая оптические пленки высокого-качества. Для некоторых оптических покрытий, требующих исключительной чистоты и антибактериальных свойств, вспомогательные средстваУФ-светодиод 172 нмможно использовать для дезинфекции и активации поверхностей, гарантируя, что пленки-не будут загрязнены.
3) Получение металл-легированных алмазом-подобных углеродных пленок (M-DLC)
Пленки из -алмазоподобного углерода (DLC) широко используются благодаря высокой твердости, износостойкости и устойчивости к коррозии. Осаждение с помощью низкоэнергетического ионного пучка позволяет получить DLC-пленки с твердостью до 5100HV. Эксперименты показывают, что легированные металлом-DLC-пленки, полученные методом ионно-лучевого осаждения, обладают превосходной адгезией к подложке, чрезвычайно низкой шероховатостью поверхности и превосходной износостойкостью.
Облучение ионным лучом синхронизируется с осаждением пленки, применяя эффекты усиления и модификации ионной имплантации на протяжении всего процесса, улучшая адгезию пленки-подложки, морфологию структуры, напряжение пленки, плотность, а также состав и свойства переходного слоя, создавая превосходные тонкие пленки. В области покрытия медицинского оборудования эта технология в сочетании сдальний UVC 222Благодаря бактерицидным свойствам нм поверхности могут обладать как износостойкостью, так и функциями само-дезинфекции.
