Ako ovplyvňuje prevádzkový tlak v provokačnom stroji magnetronu kvalitu a rovnomernosť povlaku aplikovaného na substráty?

Prevádzkový tlak hrá priamu úlohu pri regulácii rýchlosti depozície naprašeného materiálu na substrát. Pri nízkych tlakoch sa priemerná voľná cesta - vzdialenosť prepraný atóm prechádza pred zrážkou s inými časticami - dlhšie. To znamená, že naprašené častice môžu cestovať voľnejšie a priamo od cieľa k substrátu, čím sa zvyšuje účinnosť procesu depozície. Výsledkom je rýchlejšia miera depozície. Avšak so zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšuje aj frekvencia kolízií medzi naprachnutými časticami a molekulami plynu. Tieto ďalšie zrážky spôsobujú, že naprašované atómy stratia energiu alebo zmenia svoju trajektóriu, znižujú smerovanie procesu depozície a spomaľujú mieru depozície. Táto variácia v rýchlosti depozície s tlakom je rozhodujúca pre výrobcov na kontrolu hrúbky povlakov, čím sa zabezpečuje, že spĺňajú konkrétne požiadavky na rôzne aplikácie.

Jednotnosť povlaku je silne ovplyvnená prevádzkovým tlakom. Pri nižších tlakoch umožňuje znížený počet kolízií molekúl plynu naprašené častice cestovať s smerovou energiou, čo má za následok rovnomerné a konzistentné ukladanie na povrchu substrátu. Naopak, pri vyšších tlakoch sa rozprašené častice podliehajú ďalším zrážkam s molekulami plynu, čo môže spôsobiť, že sa rozptýlia vo viacerých smeroch pred dosiahnutím substrátu. Tento rozptyl vedie k menej rovnomernému povlaku s variáciami hrúbky na povrchu. Vysokotlakové podmienky môžu tiež viesť k tvorbe nejednotných filmov, ktoré môžu ovplyvniť výkon povlaku v aplikáciách vyžadujúcich vysokú presnosť, ako sú polovodičové zariadenia alebo optické povlaky.

Hustota plazmy a stabilita sú úzko zviazané s prevádzkovým tlakom v rozprašovacej komore. Pri príliš nízkom tlaku môže byť náročné udržiavať stabilnú plazmu, keď sa miera ionizácie plynu znižuje, čím sa proces rozprašovania nevyžaduje a nespoľahlivý. Nestabilita v plazme môže viesť k nekonzistentnému rozprašovaniu, s variáciami energie naprašovaných častíc a nerovnomernej tvorby filmu. Vyššie tlaky však stabilizujú plazmu zvýšením počtu molekúl plynu, ktoré môžu byť ionizované. Stabilnejšia plazma zaisťuje kontrolovanejšie naprašovanie, čo umožňuje lepšiu konzistentnosť v ukladaní filmu. Avšak príliš vysoké tlaky môžu spôsobiť, že plazma je príliš hustá, čo vedie k zvýšeniu reakcií v plynnej fáze a potenciálnej degradácii kvality uloženého filmu.

Hustota filmu a mikroštruktúra uloženého povlaku sú vysoko citlivé na tlak. Pri nízkych tlakoch dorazia rozprašené častice na substrát s vyššou energiou, čo im umožňuje ľahšie rozptýliť po pristátí. Táto zvýšená difúzia vedie k hustejšiemu, kompaktnejšiemu povlaku s lepšou adhéziou na substrát. Hustejší povlak zvyčajne vykazuje vynikajúce mechanické vlastnosti, ako je vyššia tvrdosť, lepšia odolnosť proti opotrebeniu a zlepšená pevnosť adhézie. Naopak, vyššie tlaky znižujú energiu prichádzajúcich rozprašených častíc v dôsledku častejších kolízií s molekulami plynu. Výsledkom je menej hustý, pórovitejší povlak, ktorý môže negatívne ovplyvniť mechanické vlastnosti filmu, ako je nižšia pevnosť adhézie a znížená trvanlivosť. Pórovitejší povlak môže mať za následok zvýšenú drsnosť, ktorá môže byť nežiaduca v určitých aplikáciách, ktoré si vyžadujú hladké alebo opticky číry nátery.

Morfológia povlaku vrátane jeho drsnosti a štruktúry zŕn je silne ovplyvnená prevádzkovým tlakom. Pri nižších tlakoch sa rozprašené atómy alebo molekuly ukladajú s vyššou energiou, čo vedie k menším zŕn a plynulejšiemu, rovnomernejšiemu filmu. Je to prospešné pre dosiahnutie vysokovýkonných povlakov, ako sú napríklad filmy používané v optických filmoch alebo tenkých filmových solárnych článkoch, kde sú kritické uniformita a hladkosť. Pri vyšších tlakoch môže zvýšený počet kolízií viesť k väčším zrnám a drsnejšej morfológii povrchu. To môže viesť k povlakom so zvýšenou drsnosťou povrchu, ktoré by mohli byť prijateľné alebo dokonca žiaduce v určitých aplikáciách, ako sú katalyzátory alebo dekoratívne povlaky, ale môžu spôsobiť problémy v presných aplikáciách, kde je plynulosť prioritou.

Magnetron rozprašovací náterový stroj