کندوپاش جریان مستقیم
کندوپاش جریان مستقیم، که با نام کندوپاش DC نیز شناخته میشود، زیرمجموعهای از کندوپاش دیودی و روشی رایج برای لایهنشانی لایههای نازک از مواد رسانا است. اعمال ولتاژ جریان مستقیم بین کاتد و آند در یک محفظه خلاء منجر به تشکیل یونهای پلاسمای پرانرژی میشود که ماده هدف را روی کاتد بمباران میکنند. در نتیجه اتمهای سطح هدف کنده شده و سپس روی زیرلایه قرار میگیرند.
کندوپاش جریان مستقیم عملکردی ساده دارد و ازین جهت قابل رقابت با سایر روشهای لایهنشانی است. با این حال، عملکرد آن به دلیل تجمع بار روی سطوح هدف عایق در طول بمباران یونی، محدود به اهداف رسانا است، که البته در رسوبگذاری کندوپاش RF این مشکل برطرف میشود. همچنین، دستیابی به یکنواختی و نرخ لایهنشانی بالا در این روش چالش برانگیز است.
امروزه، پوششدهی اسپاترینگ جریان مستقیم به دلیل فرآیند مقرون به صرفه، قابلیت کنترل بالا و همچنین چسبندگی خوب لایه، به طور گسترده در زمینههای مختلف از جمله الکترونیک، پوششهای نوری، پوششهای کاربردی و تزئینی، بستهبندی و ابزار پزشکی مورد استفاده قرار میگیرد.
سیستم کندوپاش جریان مستقیم چگونه کار میکند؟
سیستمهای کندوپاش جریان مستقیم (DC) بر اساس اختلاف ولتاژ جریان مستقیم بالا که بین الکترودهای صفحهای، کاتد و آند اعمال میشود، عمل میکنند. محفظه کندوپاش و محیط بین دو الکترود قبلاً با گاز فرآیندی مانند آرگون با فشاری در محدوده میلیتور پر شده است، در نتیجه با اعمال ولتاژ بالا بین دو الکترود، پلاسمای تخلیه تابشی در آن تولید میشود. ذرات باردار پلاسمای گاز فرآیند، مانند یونهای Ar+، به سمت غلاف کاتد شتاب میگیرند و به کاتد برخورد میکنند. ماده هدف که روی کاتد قرار دارد مورد برخورد یونها قرار میگیرد. اتمهای هدف پس از برخورد، پرتاب میشوند و متعاقباً روی سطح زیرلایه،که به عنوان آند عمل میکند، قرار میگیرند.
پارامترهای اسپاترینگ DC
فرآیند لایهنشانی اسپاترینگ DC توسط پارامترهای مختلفی مانند جریان و ولتاژ اسپاترینگ (توان اسپاترینگ)، فشار نهایی و فشار کار محفظه کنترل میشود. تنظیم هر یک از این عوامل بر ویژگیهای فرآیند اسپاترینگ، از جمله سرعت اسپاترینگ و سرعت لایهنشانی، تأثیر میگذارد.
سیستمهای اسپاترینگ DC پوششدهی در خلاء شرکت پوششهای نانوساختار، کاربر را قادر میسازد تا پارامترهای اسپاترینگ DC را از طریق رابط کاربرپسند و نظارت بر پارامترها در لحظه انجام فرآیند بر روی صفحه لمسی دستگاه، تغییر دهد.
بخشهای اصلی یک سیستم پوششدهی کندوپاشی DC
یک سیستم کندوپاشی DC شامل بخشهای مختلفی از جمله محفظه کندوپاش، سیستم خلاء، کاتد کندوپاش، ماده هدف، گاز فرآیند، منبع تغذیه DC و غیره است.
شماری از قطعات تکمیلی، مانند نگهدارنده زیرلایه چرخشی یا سیارهای، شاتر کاتد، ضخامتسنج لایه نازک و غیره را میتوان به محفظه کندوپاش اضافه کرد تا دقت، یکنواختی و خلوص پوشش افزایش یابد.
سیستمهای اسپاترینگ DC شرکت پوششهای نانوساختار شامل نگهدارندههای زیرلایه چرخشی در اندازههای مختلف برای بهبود یکنواختی ضخامت لایه هستند. علاوه بر این، تمام سیستمهای پوششدهی شرکت پوششهای نانوساختار به ضخامتسنجهای کریستال کوارتز میکروبالانس (QCM) مجهز هستند تا دقت لایهنشانی را با اندازهگیری ضخامت لایه در زمان فرآیند بهبود بخشند. شاتر الکترونیکی نصب شده روی پوششدهندههای اسپاتر شرکت پوششهای نانوساختار در جلوی کاتد، امکان تمیز کردن سطح ماده هدف را قبل از شروع فرآیند لایهنشانی برای به دست آوردن یک پوشش خالص فراهم میکند.
تکنیکهای پوششدهی مبتنی بر لایهنشانی کندوپاش DC
برخی از تکنیکها برای بهبود پارامترهای پوششدهی کندوپاش DC توسعه داده شدهاند، مانند کندوپاش DC پالسی، کندوپاش مگنترون DC و کندوپاش واکنشی.
کاربردهای پوششدهی کندوپاش DC
کندوپاش DC کاربردهای متعددی در تحقیقات و صنعت دارد. این یک روش آسان است که اغلب در ایجاد یک لایه رسانای نازک روی نمونههای میکروسکوپ الکترونی در یک چرخه پوششدهی سریع، مانند آنجه در کوترهای SEM روی میدهد، استفاده میشود. همچنین، به منظور ایجاد لایههای رسانا در الکترونیک و مدارهای مجتمع استفاده میشود.
ایجاد لایههای بازتابنده، فیلمهای مغناطیسی، پوششهای تزئینی و لایههای رسانای شفاف برای سلولهای خورشیدی از دیگر کاربردهای لایهنشانی کندوپاش DC هستند.
چالشها
فرآیند کندوپاش DC با محدودیتهای متعددی، مانند انواع محدود مواد هدف و نرخ رسوب کندوپاش، روبروست. علاوه بر این، برخوردهای الکترون-یون در پلاسمای تخلیه تابشی در کندوپاش دیود DC باعث انتشار الکترون ثانویه نمیشود، در حالی که انتشار الکترون ثانویه در ایجاد یک پلاسمای پایدار مطلوب است. در نتیجه، فرآیند یونیزاسیون را نمیتوان با افزایش قدرت کندوپاش DC افزایش داد.
در این مقاله، جنبههای مختلف لایهنشانی کندوپاش DC، تجهیزات مرتبط و کاربردهای آن مورد بحث قرار گرفته است. پوششدهی کندوپاش DC روشی مناسب برای ایجاد پوششهای مختلف با کاربردهایی در زمینههای متنوع است.
شرکت پوششهای نانوساختار انواع دستگاههای لایهنشانی کندوپاش با خلاء کم و خلاء بالا را با تک یا چند کاتد، مانند DSR1، DST1، DST2-TG و DST3 ارائه میدهد که قادر به انجام لایهنشانی کندوپاش DC با کنترل دقیق فشار محفظه، دمای کاتد، ضخامت پوشش و توانمندسازی فرآیندهای پوششدهی خودکار و قابل اعتماد با نتایج تکرارپذیر هستند.
برخی از دستگاههای لایه نشانی در خلاء ما
منابع
- Ohring, M. (2001). Materials Science of Thin Films (2nd ed.). Academic Press
-
Gobbi, Angelo L., and Pedro AP Nascente. “DC Sputtering.” Encyclopedia of Tribology. Springer, Boston, MA, 2013. 699-706.
-
Adachi, H., & Wasa, K. (2012). Thin films and nanomaterials. In Handbook of Sputtering Technology (pp. 3-39). William Andrew Publishing.
-
Garg, R., Gonuguntla, S., Sk, S., Iqbal, M. S., Dada, A. O., Pal, U., & Ahmadipour, M. (2024). Sputtering thin films: Materials, applications, challenges and future directions. Advances in colloid and interface science, 330, 103203.
-
Simon, Andrew H. “Sputter processing.” Handbook of thin film deposition. Elsevier, 2025. 93-140.