Magnetroninio purškimo technologija yra svarbi technika, plačiai naudojama medžiagų paviršiaus modifikavimui ir plonos plėvelės nusodinimui. Kaip pagrindinė šios technologijos sudedamoji dalis, magnetroninio purškimo taikinių veikimas ir kokybė tiesiogiai veikia paruoštų plonų plėvelių charakteristikas ir pritaikymą. Šiame straipsnyje bus pateiktas išsamus ir nuodugnus magnetroninio purškimo taikinių įvadas, įskaitant jų apibrėžimą, klasifikaciją, paruošimo metodus, veikimo reikalavimus, taikymo sritis ir ateities plėtros tendencijas.
Magnetrono purškimo taikinys reiškia medžiagą, kuri magnetrono dulkinimo proceso metu didelės energijos dalelėmis išpurškiama atomais arba molekulėmis, o po to nusėdama ant pagrindo, kad susidarytų plona plėvelė. Paprastai jį sudaro specifinės cheminės sudėties ir kristalų struktūrų medžiagos, pvz., metalai, lydiniai, junginiai ir kt.
Purškimo tikslinės medžiagos proceso eiga:
Žaliavos milteliai - miltelinis lydymas - miltelių maišymas - presavimas - sukepinimas atmosferoje - plastiko apdirbimas -terminis apdorojimas- ultragarsinis bandymas - pjovimas vandeniu - mechaninis apdorojimas - metalizavimas - įrišimas - ultragarsinis bandymas - ultragarsinis valymas - patikrinimas - siuntimas.
Konkrečios pagrindinių procesų reikšmės yra šios:
Miltelių lydymas: atlikti pirminį žaliavos miltelių sukepinimą atmosferoje ir kontroliuoti dujų kiekį žaliavos milteliuose.
Miltelių maišymas: tikslinė medžiaga turi unikalią formulę, kuri reikalauja tiksliai kontroliuoti kiekvieno komponento kiekį ir griežtai apriboti priemaišų kiekį. Miltelinės metalurgijos procese būtina visiškai sumaišyti visus elementus tolygiai, tolygiai pasiskirstant dalelių dydžiui, kad būtų išvengta užteršimo, ir specialiais proceso metodais paruošti mišrius kompozitinius miltelius.
Suspaudimas: miltelinės metalurgijos būdu paruoštą tikslinę medžiagą reikia iš anksto suspausti miltelių medžiagą, kad ji būtų vidutinio tankio žalia medžiaga. Jo tankio vienodumas ir vidiniai defektai turi įtakos aukštoje temperatūroje sukepinimo išeigai vėlesniame etape.
Atmosferos sukepinimas: iš anksto presuotame žaliame korpuse turi būti atliktas vienas ar keli aukštos temperatūros sukepinimo procesai. Pagal skirtingas medžiagas parenkamos skirtingos sukepinimo temperatūros kreivės, o didelio tankio taikiniams paruošti pasirenkamos skirtingos sukepinimo aplinkos, tokios kaip sukepinimo atmosfera ir slėgis.
Plastiko apdirbimas: norint gauti pakankamus ilgio, pločio ir storio matmenis ir sukelti pakankamą vidinių grūdelių tempimo deformaciją, metalo luitai turi patirti didelę plastinę deformaciją, todėl viduje susidaro pakankamai išnirimų. Terminis apdorojimas: Metalo luitai, patyrę didelę plastinę deformaciją, yra termiškai apdorojami, parenkami pagal skirtingų medžiagų charakteristikas, todėl metalo medžiaga perkristalizuojama ir pašalinami vidiniai įtempiai.
Ultragarsinis defektų aptikimas: apdorojus tikslinį ruošinį, ultragarso bangomis reikia patikrinti, ar medžiagos viduje nėra defektų. Pririšus tikslinį ruošinį prie galinės plokštės, reikia naudoti vandens panardinamąjį ultragarsinį skaitytuvą, kad būtų galima aptikti rišamąjį sluoksnį ir patikrinti, ar sukibimo sritis atitinka standartą.
Mechaninis apdorojimas: reikia tiksliai mechaniniu būdu formuoti užpakalinę plokštę, naudojamą kartu su tiksliniu ruošiniu. Dėl tikslaus derinimo su dengimo įranga ir gebėjimo atlaikyti aukšto slėgio vandens aušinimą, reikalingas itin didelis matmenų tikslumas ir mechaninis stiprumas. Apdorojimo sunkumai yra dideli, ypač galinės plokštės su vidine cirkuliacine vandens grandine. Dėl specialios medžiagos uždaras vandens kontūro suvirinimas yra labai sunkus ir reikalauja specialios suvirinimo technologijos.
Metalizavimas: prieš pritvirtinant tikslinį ruošinį prie pagrindo plokštės, siekiant pagerinti tikslinės medžiagos ir metalo, esančio tarp tikslinės medžiagos ir lydmetalio, drėkinimo savybes, būtina atlikti išankstinį jungiamojo paviršiaus apdorojimą, kad jis būtų padengtas pereinamasis sluoksnis.
Surišimas: Dėl ribotų fizinių ar cheminių medžiagos savybių daugumos tikslinių medžiagų negalima tiesiogiai sumontuoti ir padengti. Norint suvirinti ir prijungti tikslinį ruošinį prie pagrindo plokštės, reikalingas metalinis lydmetalis, o efektyvus paviršiaus sukibimo greitis turi pasiekti didelio ploto suvirinimo greitį, viršijantį 95%. Visas procesas turi būti atliekamas esant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui.
Magnetroninio purškimo taikinių medžiagų klasifikacija
1. Metalinės tikslinės medžiagos: įskaitant gryno metalo tikslines medžiagas (pvz., varį, aliuminį, nikelį ir kt.) ir lydinio tikslines medžiagas (pvz., nerūdijantį plieną, aliuminio lydinį ir kt.).
2. Sudėtinės tikslinės medžiagos: pvz., oksidinės tikslinės medžiagos (pvz., silicio dioksidas, aliuminio oksidas ir kt.), nitrido tikslinės medžiagos (pvz., silicio nitridas, aliuminio nitridas ir kt.), karbido tikslinės medžiagos (pvz., silicio karbidas, volframas karbidas ir kt.) ir kt.
3. Puslaidininkinės tikslinės medžiagos: pvz., silicio tikslinės medžiagos, germanio tikslinės medžiagos ir kt.
Klasifikuojama pagal tikslinės medžiagos struktūrą:
1. Plokščia tikslinė medžiaga: ji yra paprastos plokštumos ir dažniausiai naudojama įprastoje magnetroninio purškimo įrangoje.
2. Besisukanti tikslinė medžiaga: ji gali užtikrinti nuolatinį sukimąsi, pagerinti tikslinės medžiagos panaudojimo greitį ir nusodintos plėvelės vienodumą
Magnetroninio purškimo taikinių našumo reikalavimai:
(1) Grynumas
Didelio grynumo tikslinės medžiagos gali užtikrinti nusodintų plonų plėvelių grynumą ir veikimą. Paprastai reikalaujama, kad tikslinės medžiagos grynumas būtų didesnis nei 99,9%.
(2) Tankio sumažinimas
Didelio tankio tikslinės medžiagos gali sumažinti dalelių užterštumą purškimo metu ir pagerinti plonų plėvelių kokybę bei vienodumą.
(3) Cheminės sudėties vienodumas
Tikslinės medžiagos cheminė sudėtis turi būti tolygiai paskirstyta, kad būtų užtikrintas nusodintos plėvelės stabilumas.
(4) Kristalinė struktūra
Tinkama kristalų struktūra padeda pagerinti tikslinės medžiagos purškimo efektyvumą ir plonos plėvelės veikimą.
(5) Matmenų ir formos tikslumas
Tikslinės medžiagos dydis ir forma turi atitikti įrangos reikalavimus, kad būtų užtikrintas geras montavimas ir purškimo efektas.
(6) Šiluminis stabilumas
Purškimo proceso metu tikslinė medžiaga yra veikiama aukštos temperatūros ir didelės energijos dalelių, todėl reikalingas geras terminis stabilumas.
(7) Atsparumas korozijai
Tikslinė medžiaga turi turėti tam tikrą atsparumo korozijai laipsnį, kad pailgėtų jos tarnavimo laikas.
Šiuo metu sparčiai vystantis tokioms pramonės šakoms kaip elektroninė informacija ir nauja energija, magnetroninio purškimo taikinių paklausa rinkoje ir toliau auga. Magnetroniniai purškimo taikiniai, kaip pagrindinė magnetroninio purškimo technologijos sudedamoji dalis, turi plačias taikymo perspektyvas šiuolaikinėje pramonėje. Nuolat tobulėjant technologijoms ir nuolat tobulėjant pramonės šakoms, magnetroninio purškimo taikinių našumo ir kokybės reikalavimai taip pat toliau didės.
Didelis našumas: nuolat tobulinant plėvelės našumo reikalavimus taikymo srityse, buvo keliami aukštesni magnetroninio purškimo taikinių, pvz., didesnio grynumo, tankio, vienodumo ir kt., reikalavimai.
Diversifikacija: Nuolat atsirandant naujoms taikymo sritims, magnetroninių purškimo taikinių tipai ir veikimo reikalavimai taip pat tampa vis įvairesni, pavyzdžiui, nauji puslaidininkinių medžiagų taikiniai, nauji sudėtiniai taikiniai ir kt.
