Способ нанесения вакуумных покрытий сложного состава и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к вакуумной ионно-плазменной технологии, предназначенной для нанесения покрытий сложного состава. Использование изобретения позволяет расширить технологические возможности введением ионной очистки нанесенного микрослоя в процессе формирования покрытия, повышает качество покрытия и улучшает его физико-механические свойства. Сущность изобретения состоит в том, что после каждого нанесения мономатериала проводят его ионную очистку путем формирования отрицательных импульсов, амплитуду которых регулируют и подают их на подложку для повышения адгезионной способности покрытия. Сущность устройства заключается в том, что в него введен дополнительный источник питания, отрицательный полюс которого соединен через дополнительные ключевые элементы, подключенные к блоку управления, соединен с подложкой, а положительный полюс источника питания подключен к анодам распылителей. При этом блок управления питания подключен к анодам распылителей. При этом блок управления содержит задатчик, последовательно соединенный с соответствующим числу распылителей каналом управления, каждый из которых состоит из двух пар формирователей пауз и импульсов, соединенных между собой, причем выход предыдущего канала соединен с входом последующего, а выход последнего подключен к входу задатчика. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к вакуумно-плазменной технологии, а именно к способам нанесения покрытий сложного состава с помощью ионно-плазменных устройств, например, магнетронных распылителей. Целью изобретения является повышение качества покрытия и расширение технологических возможностей. Это достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что поочередно распыляют мономатериал из различных катодов-мишеней, причем его количество регулируют длительностью импульсов, которые подают на катод-мишень, после каждого нанесения мономатериала периодически проводят его ионную очистку путем формирования отрицательных импульсов, амплитуду которых регулируют, и подают их на подложку для повышения адгезионной способности покрытия. Предлагаемый способ реализован в устройстве для нанесения вакуумных покрытий сложного состава, содержащем не менее двух распылителей, аноды которых подключены к положительному полюсу источника питания, а катоды-мишени через соответствующие ключевые элементы, соединенные с блоком управления, к отрицательному полюсу источника, и подложку, в котором дополнительно введен источник питания, отрицательный полюс которого через дополнительные ключевые элементы, подключенные к блоку управления, соединен с подложкой, а положительный полюс источника питания подключен к анодам распылителей; при этом блок управления содержит задатчик, последовательно соединенный с соответствующим числу распылителей каналов управления, каждый из которых состоит из двух пар формирователей пауз и импульсов, соединенных последовательно между собой, причем выход предыдущего канала соединен с входом последующего, а выход последнего подключен к входу задатчика. Сущность способа заключается в следующем. В процессе формирования покрытия после каждого импульса нанесения мономатериала проводят его ионную очистку путем подачи на подложку отрицательного импульса от дополнительного источника питания. Таким образом производится "снятие" с поверхности атомов с низкой адгезией (как нанесенного мономатериала, так и посторонних загрязняющих), что обеспечивает более высокую чистоту покрытия по составу и лучшие характеристики по сцеплению с подложкой. Последнее достигается за счет регулирования как амплитуды импульсов ионной очистки (энергии ионного пучка), так и за счет их длительности (регулирование по массе снимаемого материала). Весь процесс представляется как непрерывная цепочка чередования импульсов нанесения и ионной очистки. Сущность устройства для реализации предлагаемого способа состоит в том, что производят поочередное распыление мономатериала из катода-мишени и последующую его ионную очистку с помощью переключения ключевыми элементами распылителя и подложки к дополнительному источнику питания и в противоположной полярности. По завершении указанного цикла для первого распылителя происходит аналогичный для всех последующих распылителей. Количество нанесенного мономатериала пропорционально току магнетронного распылителя I_p и длительности импульса t_p времени распыления: G_н К * I_p * t_p, где К постоянная, зависящая от физико-механических характеристик распыляемого материала, геометрии катода-мишени. Регулируя величины тока I_p и времени нанесения t_p, можно достаточно тонко изменять массу наносимого мономатериала по толщине покрытия. Вместе с тем количество снимаемого материала в процессе ионной очистки поверхности также может быть определено зависимостью G_s K₁ * U_s* t_s, где К₁ константа, U_s напряжение импульса ионной очистки (пропорциональное энергии ионного пучка), t_s длительность импульса ионной очистки. Регулируя параметры U_s и t_s, можно добиться тонкой очистки поверхности и высокой адгезионной способности наносимого мономатериала и всего покрытия. Точность дозировки ингредиентов в покрытии увеличивается при уменьшении мгновенных времен импульсов нанесения и ионной очистки. На фиг.1 приведена схема, поясняющая суть устройства для нанесения покрытия сложного состава. Несколько распылителей, например, два, которые включают катод-мишень 1 и анод 2, причем КМ выполнены из разных материалов и предназначены для распыления на подложку 3 сложного покрытия, изменяющегося состава по толщине, что требует регулирование потока мономатериала из каждого КМ в процессе нанесения. Источник питания 4 через ключевые элементы 5 питает импульсно-периодическим напряжением распылители. Все ключевые элементы запускаются блоком управления 6. Вместе с тем, за счет дополнительного источникам питания 7, соединенного через дополнительные ключевые элементы 8 с подложкой 3 (также управляемых блоком 6), обеспечивается ионная очистка каждого нанесенного мономатериала (монослоя). Импульсы тока нанесения мономатериала на подложку из КМ чередуются с импульсами его ионной очистки, электрическая развязка достигается использованием двух однополярных источников питания и формированием пауз между импульсами нанесения и ионной очистки. Последовательность режимов и количественные характеристики задаются блоком управления 6. В каждом канале управления происходит поочередное отпирание КЭ "нанесение" и "ионная очистка". На фиг. 2 приведен блок управления, который содержит задатчик 3, выход которого соединен с входом первого формирователя пауз первого канала управления (1ФП1). Его выход соединен с входом первого формирователя импульсов (1ФИ1) этого канала. Первый выход (1ФИ1) соединен с ключевым элементом "нанесение" первого канала, который запитывает КМ распылителя, а второй с входом второго формирователя пауз этого канала (1ФП2). Выход (1ФП2) соединен с вторым формирователем импульса первого канала (1ФИ2), первый выход которого соединен с ключевым элементом "ионная очистка" (КЭ1 "С"), а второй с входом первого формирователя пауз второго канала (2ФП1). Связи элементов во втором канале управления абсолютно аналогичны, чертеж 2, при этом второй выход второго формирователя импульса (2ФИ2) соединен с входом задатчика 3 (в общем случае выход второго 2ФИ связан с входом 1ФП последующего канала). Длительность импульсов тока нанесения и ионной очистки может быть выставлена программой с использованием процессора. Длительность пауз выбирается из условия предотвращения пробоев через остаточную плазму в вакуумном объеме. На фиг.3 приведена схема, поясняющая суть способа формирования покрытия сложного состава. С помощью источника питания 4 через ключевые элементы 5 в течение времени t_1p происходит нанесение 1-го мономатериала, затем переключением от блока управления 6 через источника питания 7 и ключевые элементы 8 производится ионная очистка монослоя в течение времени t_1s. Таким образом каждый монослой формируется за сумму времени t_1p и t_1s. Затем происходит формирование следующего монослоя, а весь процесс представляется как непрерывная цепочка сумм (t_1p и t_1s). Получение покрытий сложного состава указанным способом и устройством позволяет реализовать покрытия переменного состава по толщине, что обеспечит задание свойств в процессе его формирования (распыление мономатериалов с разными электро- и теплофизическими характеристиками и механическими свойствами).

Формула изобретения

1. Способ нанесения вакуумных покрытий сложного состава, заключающийся в том, что поочередно распыляют мономатериал из различных катодов мишеней, причем его количество регулируют длительностью импульсов, которые подают на катод-мишень, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытия и расширения технологических возможностей, после каждого нанесения мономатериала периодически проводят его ионную очистку путем формирования отрицательных импульсов, амплитуду которых регулируют и подают их на подложку для повышения адгезионной способности покрытия. 2. Устройство для нанесения вакуумных покрытий сложного состава, содержащее не менее двух распылителей, аноды которых подключены к положительному полюсу источника питания, а катоды-мишени через соответствующие ключевые элементы, соединенные с блоком управления, к отрицательному полюсу источника и подложку, отличающееся тем, что в него введен дополнительный источник питания, отрицательный полюс которого через дополнительные ключевые элементы, подключенные к блоку управления, соединен с подложкой, а положительный полюс источника питания подключен к анодам распылителей. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок управления содержит задатчик, последовательно соединенный с соответствующим числу распылителей каналом управления, каждый из которых состоит из двух пар формирователей пауз и импульсов, соединенных последовательно между собой, причем выход предыдущего канала соединен с входом последующего, а выход последнего подключен к входу задатчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3