Učinak trenutnog izvora lukova na površinsku morfologiju tankoslojnih filmova

Slika 1 prikazuje SEM sekundarnu sliku elektrona površinske morfologije filma pripremljenog u različitim intenzitetima strujnog izvora strujnog luka. Može se vidjeti da se povećava struja izvora lukova, povećava se broj kapljica na površini filma, veličina postaje veća, a površinska kvaliteta filma se smanjuje.

a) I = 40A, b) I = 50A, c) I = 70A, d) I = 80A, e) I = 90A, f) I = 100A

Slika 1. Površinska morfologija TiN filmova proizvedenih pod različitim strujama lukog izvora

Tekuća struja luka ima veći utjecaj na broj i veličinu kapljica na površini filma. Iz osnovnog načela protonskog ionskog oblaganja može se znati da se pod vakuumskim uvjetima, metalna katoda (ciljni izvor svjetlosti) i okidač elektroda potiskuju na pulsni napon od 10 kV, dok katodni luk ima jaku gustoću pražnjenja (106 A / cm2 ~ 108 A / cm2) i usredotočuje se na vrlo malu površinu luka od 5μm do 6μm (slika 2), što rezultira visokom temperaturom iznad 6000 ° C, čime se omogućava brzo isparavanje katodnog materijala pri generiranju intenzivno emitiranje toplinskog polja i ionizaciju u obliku metalne plazme visoke gustoće. Budući da je gustoća snage luka mjesta previše koncentrirana, lukni bazen je dublji i tvori pretjeranu količinu tekućine. Kada licu mjesta ispuštaju čestice (elektroni, ioni, atomi, atomske skupine itd.), Čestice također imaju antikorozivno djelovanje na tekuću površinu luka mjesta. Time se ioni ubrzavaju kroz omotni potencijal na površinu tekućine dok bombardiraju tekućinu velikom kinetičkom energijom, tako da veliki broj tekućih atoma u kadi istovremeno prima puno više energije od energije vezanja, što rezultira velikim brojem emisije atoma koncentrirane u obliku ispuštanja kapljica. Što je veća gustoća iscjedak energije ciljnog izvora luk, to je dublji dio zavarivanja koji se formira na površini ciljnog izvora lukova, a što je veći promjer točke, tako da će veličina snage ispuštanja izravno utjecati na stvaranje kapljica. Izraz je:

P = IU / S

I-Prosječna struja pražnjenja; U-Napon napona; S-površina katodnog cilja

Iz jednadžbe se može vidjeti da struja strujnog izvora povećava, povećava se gustoća snage istjecanja izvora signala luk, povećava se i količina i veličina generiranih kapljica kako bi se površinska kvaliteta filma smanjila.

N: dušik, M: Ti kapi. Glavni proces: A-pozitivna čestica se kreće na podlogu, B-neutralne čestice se nakupljaju na podlozi, sekundarno raspršivanje C-neutralnih čestica, sekundarno raspršivanje kapljica D-Ti, ciljevi prskanja E-čestica. Glavne reakcije: X + e-1 → X * + e-1, X * → X + hv, X-neutralne čestice, čestice koje se puni s X *, hv-energija, kada se Ti i N ioni susreću na supstratu, TiN formiran je.

Slika 2. Proces stvaranja višeslojnog iona nanesenog TiN filma i kapljica površine

Tijekom bijega od cilja izvora lukova do supstrata (uzorka) kapljica prskanih iz cilja izvora katoda, neke čestice će se sudariti s drugima i postati manje, ali neke su još uvijek velike, tako da postoji mnogo različitih veličina kapljica na TiN filmskoj površini. Osim toga, s povećanjem struje izvora lukova, na površini filma pojavljuju se neke jame. Što je struja veća, to je očitija taj fenomen, može se vidjeti na slici 1. Ove se jame formiraju kapljicama kapljica koje su prskale na površini. Kada se struja izvora luka poveća, brzina leta sputkanih kapljica je velika i neće se izravno sudariti s drugim česticama u atmosferi plazme i izravno doći do površine podloge (uzorka). Ako se te čestice kapljica ne mogu sputati pomoću sekundarnog obrnutog raspršivanja (D na slici 2), one će ostati u filmu, a neke od njih čak prodiru cijeli film iz supstrata (kao što je prikazano strelicama A i B na slici. 3). Što je struja strujnog luka veća, to će se očitiji fenomen pojaviti.

Slika 3 Velike kapljice koje prodiru kroz TiN film