多弧离子镀.pptVIP

1 基本原理 多弧离子镀的基本原理就是把金属蒸发源（靶源）作为阴极，通过它与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发并离化，形成空间等离子体，对工件进行沉积镀覆。 多弧离子镀的基本组成包括真空镀膜室、阴极弧源、基片、负偏压电源、真空系统等，如图1所示。 1-阴极弧源（靶材）；2、3-进气口；4-真空系统；5-基片（试样）；6-偏压电源。 在靶面前方附近形成的金属等离子体，由电子、正离子、液滴和中性金属蒸气原子所组成。为了解释这种高度离化的过程，已经建立了一种稳态的蒸发离化模型，见图3。该模型认为，由于阴极弧斑的能流密度非常大，在阴极的表面上形成微小熔池，这些微小熔池导致阴极靶材的剧烈蒸发。电子被阴极表面的强电场加速，以极高的速度飞离阴极表面，并且电子会与中性原子碰撞，并使之离化，这个区域称为离化区。由于电子比重离子轻得多，所以电子飞离离化区的速度要比重离子高得多，这样在离化区就出现正的空间电荷云。 2 减少液滴的措施 2.1 减少液滴的产生 降低放电功率密度，提高弧斑运动速度，降低高电荷态含量，提高电离度，以及加强冷却措施等方法可有效地减少液滴的产生。 2.1.1 降低放电功率密度 放电功率密度大小直接影响液滴的产生，降低放电功率密度可有效地减少液滴的产生。平均放电功率密度 为： W/cm2 2.1.2 提高弧斑的运动速度 提高约束磁场强度和降低残余气体压力，可减少弧斑运动阻力，提高弧斑运动速度，降低斑在靶材上的停留时间可以减少液滴的产生。 2.1.3 降低高电荷态离子含量 电荷态为Z的高电荷态离子动能是单电荷态离子动能的Z倍，它们传给阴极液面的能量和作用力就增加了Z倍，所以它们产生液滴的能力比单电荷态离子增加了Z倍。采取低于第二电离电位的放电电压，就可以适当地减少高电荷态离子含量，从而减少液滴的产生。 2.1.4 提高放电电离度 对于一定的沉积速率，提高电离度就意味着降低放电功率，也就是减少阴极熔池深度及熔融金属含量，从而减少液滴发射。在维持一定的放电电压时，提高真空度，降低残余气体压强可明显地减少残余气体的碰撞，电荷交换与离子复合等损失，减少发散角以及提高约束和传输能力也是很有效的方法。 2.1.5 加强阴极冷却措施 扩大阴极冷却面积和提高冷却剂流速等措施可明显加强阴极冷却，从而减少液滴发射。 2.2 提高液滴过滤效果和等离子体传输效率 磁过滤的原则： 在轴向磁场中，电子的运动是沿着磁力线方向螺旋前进的，直到受到其他粒子的碰撞。如果磁场是弯曲的。正如在一个弯曲的螺线管内部的磁场，电子会沿着曲率运动。这样的电子可认为是磁化的，相反，离子通常不被磁化，因为它们的旋转半径比电子要大得多，比过滤器的特征尺寸也要大。但是，离子也会被迫沿着磁力线方向运动，由于电子和离子间存在的电场，当离子被电子推出去时电场就会存在。因此，等离子体宏观上是电中性的，等离子体沿着磁力线方向的输运是磁的(电子)和电的(离子)复合机制。 大颗粒会轻微带电，但是质量和电荷之比与电子和离子相比是很大的，因此，大颗粒由于它们的惯性所以沿着直的轨迹运动。如果等离子体(电子和离子)从阴极表面出来后不沿直线引导，大颗粒将与等离子体分离，如果没有其他问题，通过磁过滤将大颗粒完全去除将可以完成。但是，还有一些问题会影响大颗粒的去除，这些问题是：大颗粒从壁的反弹，等离子体在过滤器中的大量失去等。 在基底上施加负偏压时，金属等离子体在弯曲磁的约束下，沿着磁力线方向以螺旋轨迹走出弯管飞向基底并经过形核，生长直至生成薄膜。而不带电的液滴或固态的大颗粒不受磁场约束只作直线运动大部分都将撞向弯管壁，而失去动能沉积在弯管壁上或掉落在真空室中。 3 多弧离子镀的技术特点 (1)金属阴极蒸发器不融化，可以任意安放使涂层均匀，基板转动机构简化。 (2)外加磁场可以改善电弧放电，使电弧细碎，旋转速度加快，细化膜层微粒，对带电粒子产生加速作用。 (3)金属离化率高，有利于涂层的均匀性和提高附着力，是实现离子镀膜的最佳工艺。 (4)一弧多用，既是蒸发源，又是加热源，预轰击净化源和离化源。 (5)设备结构简单，可以拼装，适于镀各种形状的零件，包括细长杆，如拉刀等。 (6)但会降低零件表面的光洁度。 4 多弧离子镀的应用 自20世纪80年代以来，随着离子镀氮化钛超硬耐磨镀层工艺逐渐完善和镀膜质量的提高多弧离子镀在冶