Способ обеспечения последовательных импульсов мощности

Авторы патента:

КРАССНИТЦЕР Зигфрид (CH)

РУМ Курт (LI)

ЛЕНДИ Даниэль (CH)

ЛЕХТХАЛЕР Маркус (AT)

H01J37/34 - работающие с катодным распылением (H01J 37/36 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2596818:

ЭРЛИКОН СЕРФИЗ СОЛЮШНЗ АГ, ПФЕФФИКОН (CH)

Изобретение относится к области нанесения покрытий, к способу обеспечения импульсов мощности с линейно изменяемым интервалом импульсов мощности для распылительных катодов PVD, которые разделены на частичные катоды, при этом действующие на частичных катодах интервалы импульсов мощности выбраны таким образом, что они перекрываются. Технический результат - непрерывность отбора мощности от поставляющего мощность генератора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Данное изобретение относится к способу создания импульсов мощности.

Такие импульсы мощности необходимы, например, в рамках технологии HIPIMS. HIPIMS является сокращением для High Power Impulse Magnetron Sputtering (напыление с помощью создаваемых магнетроном импульсов большой мощности). При этом речь идет о способе вакуумного покрытия, в котором с помощью очень высоких разрядных токов распыляется материал катода, за счет чего гарантируется, что распыленный материал сильно ионизируется положительно. Если одновременно прикладывать к подлежащей покрытию подложке отрицательное напряжение, то это приводит к тому, что возникающие за счет распыления положительные ионы ускоряются в направлении подложки и тем самым приводят к образованию плотного слоя. При этом используются мощности, например, от 40 кВт и более. Однако лишь в рамках очень короткого импульса мощности можно распылять материал с катода, поскольку он при более длительном воздействии проводимости может быть поврежден за счет перегрева. Таким образом, длительность, в течение которой можно с помощью высокой мощности распылять материал с катода, ограничена, что задает максимально допустимую длительность импульса.

Идея решения этой проблемы состоит в разделении всего катода на частичные катоды и подачи мощности последовательно на частичные катоды. Под этим понимается, что в устройстве для нанесения покрытия предусмотрено несколько изолированных друг от друга катодов (называемых в настоящем документе частичными катодами), так что локально ограниченно могут возникать высокие разрядные токи. Описание возможной реализации этой идеи приведено в заявке на патент Германии DE102011018363.

Во время воздействия на частичный катод импульса мощности с этого катода происходит распыление с высокой плотностью разрядного тока. Одновременно могут охлаждаться другие частичные катоды, прежде чем на них снова воздействует импульс мощности.

Однако заявителями было установлено, что сама длительность импульса оказывает большое влияние на свойства созданного с помощью магнетронного распыления слоя. Поэтому необходимы генераторы, которые способны выдавать как очень короткие, так и относительно длинные импульсы мощности.

Генераторы поставляют, как правило, надежно стабильное напряжение при неизменном токе. По-английски они называются power supply, что в переводе означает примерно снабжение мощностью. Ситуация усложняется, когда, как указывалось выше, необходимо создавать короткие импульсы мощности. При подключении источника, который должен отдавать мощность, например, 40 кВт, до отдачи полной мощности с помощью обычных источников напряжения проходит порядка 700 мкс. Если, как в данном случае, требуются импульсы мощности с более короткой длительностью импульсов, то имеющееся в распоряжении время заканчивается уже перед полным нарастанием мощности. Профиль мощности таких импульсов является, соответственно, не контролируемо динамичным, и основанный на них способ распыления приводит к образованию плохо воспроизводимых и не оптимальных по своим свойствам слоев.

Поэтому с помощью способа, согласно данному изобретению, должна быть создана возможность получения простым образом импульсов мощности с заданным профилем, при этом должна обеспечиваться возможность линейного изменения длительности импульсов мощности простым образом в широких пределах.

Задача решается согласно изобретению тем, что соотнесенные с первым частичным катодом интервалы импульсов мощности немного перекрываются во времени с соотнесенными со вторым частичным катодом интервалами импульсов мощности, что при переводе мощности с первого частичного катода на второй частичный катод, поставляющий мощность генератор не должен выключаться, и отбор мощности из генератора происходит непрерывно, и тем самым нет необходимости в новом нарастании мощности. В течение времени перекрытия обоих интервалов импульсов мощности плазма горит лишь у первого частичного катода, поскольку его полное сопротивление является значительно меньшим по сравнению с полным сопротивлением еще не зажженного второго частичного катода. Лишь когда в конце первого интервала импульсов мощности первый частичный катод отделяется от генератора, то зажигается плазма у второго частичного катода, однако при этом так быстро, что происходит по существу непрерывный отбор мощности из генератора. Если имеется третий частичный катод, то обеспечивается возможность небольшого перекрытия соотнесенного с третьим частичным катодом интервала импульсов мощности с соотнесенным со вторым частичным катодом интервалом импульсов мощности, так что снова при переводе мощности со второго частичного катода на третий частичный катод не происходит прерывания отбора мощности. В целом обеспечивается, что соотнесенный с n-м частичным катодом интервал импульсов мощности немного перекрывается с соотнесенным с (n-1)-м частичным катодом интервалом импульсов мощности, за счет чего при переводе мощности с (n-1)-го частичного катода на n-й частичный катод предотвращается прерывание отбора мощности из генератора. Лишь когда мощность переводится на последний частичный катод и выдан соотнесенный с этим последним частичным катодом импульс мощности, т.е. когда завершен цикл импульсов мощности, называемый в последующем группой, то прерывается отбор мощности из генератора. Последующая пауза отбора мощности используется для охлаждения частичных катодов, прежде чем на первый частичный катод снова подается соотнесенный с ним импульс мощности в соответствующем интервале.

Однако такой способ приводит к тому, что по меньшей мере подаваемый на первый частичный катод импульс мощности лежит в диапазоне времени нарастания мощности генератора, и соответствующий импульс мощности имеет соответствующий не желаемый профиль. Поэтому, согласно одному предпочтительному варианту выполнения данного изобретения, перед подачей мощности на первый частичный катод по меньшей мере в течение приблизительно интервала нарастания мощности подается мощность на так называемый фиктивный катод. Затем обеспечивается, что соотнесенный с первым частичным катодом интервал импульсов мощности немного перекрывается с интервалом нарастания мощности, за счет чего при переводе мощности с фиктивного катода на первый частичный катод предотвращается прерывание отбора мощности из генератора, и в рамках первого интервала импульсов мощности уже имеется в распоряжении по существу полная мощность. Указанный выше фиктивный катод может быть реализован, например, с помощью контура тока с активным сопротивлением, на котором падает соответствующее напряжение, и тем самым мощность преобразуется в тепло.

Как указывалось выше, интервал нарастания мощности может составлять порядка 700 мкс. Отдаваемая во время этого интервала генератором на фиктивный катод мощность не используется для процесса распыления, т.е. теряется и представляет потери. Это не создает проблем в том случае, когда цикл импульсов мощности, т.е. групповой интервал, является большим по сравнению с интервалом нарастания мощности, и тем самым потеря мощности составляет лишь небольшой процент. Однако это создает проблемы, когда интервалы импульсов мощности становятся настолько небольшими, что интервал нарастания мощности становится сравнимым с групповым интервалом. В таком случае происходит значительная и тем самым неприемлемая потеря мощности.

Это можно предотвратить с помощью другого предпочтительного варианта выполнения данного изобретения. А именно, заявителями было установлено, что как раз при коротких интервалах импульсов мощности еще совсем нет необходимости в охлаждении частичных катодов. В этом случае к первому циклу импульсов большой мощности примыкает второй цикл импульсов мощности. При этом обеспечивается, что первый интервал второго цикла импульсов мощности (т.е. второй группы) слегка перекрывается с последним интервалом импульсов мощности первого цикла импульсов мощности первой группы, так что перевод мощности с последнего частичного катода на первый частичный катод возможен без прерывания отбора мощности из генератора. Таким образом, для второй группы исключается интервал нарастания мощности и связанная с отводом мощности на фиктивный катод потеря мощности. Можно соответствующим образом располагать в ряд друг за другом столько групп, пока возникающее в частичных катодах выделение тепла не приводит к необходимости действительного прерывания подачи мощности. В такой последовательности групп лишь один раз в начале последовательности необходимо направлять мощность во время интервала нарастания мощности на фиктивный катод.

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании примеров технологии распыления.

В поясняемых ниже примерах применяются следующие сокращения:

Pavg - средняя мощность распыления

Pmax - максимальная мощность распыления (мощность в импульсе)

tpn - длина импульса

tdn - задержка импульса

N - количество групп (N=0…500)

n - номер канала (количество частичных катодов, n=0…6, n=0 соответствует фиктивному катоду)

fr - частота повторения

tr - период повторения = 1/fr.

Для предотвращения перегрева катода принимается, что внутри последовательности импульсов общее время, в течение которого на один частичный катод подается мощность, должно быть меньше 100 мс:

(tpn-tdn)*N<100 мс = Tmax.

Пример 1

В рамках первого примера на фиктивный катод в течение 0,5 мс подается мощность, т.е. интервал потерь tp0 составляет 0,5 мс и тем самым надежно охватывает интервал нарастания мощности, равный примерно 0,25 мс. Дополнительно к фиктивному катоду применяются 6 частичных катодов. Интервалы импульсов мощности, во время которых в одной группе мощность подается на один частичный катод, задаются равными tp1-6=0,2 мс, а перекрытие интервалов импульсов мощности задается равным td1-6=0,02 мс. В целом выполняются 10 циклов импульсов мощности, т.е. 10 групп образуют вместе с интервалом потерь одну последовательность. Таким образом, интервал всей последовательности составляет 10*6(0,2 мс-0,02 мс)+0,5 мс = 10,8 мс+0,5 мс = 11,3 мс.

Таким образом, интервал потерь, равный 0,5 мс, соотносится с применяемым для покрытия временем отдачи мощности, равным 10,8 мс. Тем самым по сравнению с потерей мощности на фиктивном катоде используется в более чем 20 раз превышающая мощность для целей покрытия.

Если во время интервала импульса мощности к одному частичному катоду прикладывается мощность 40 кВт и задана средняя мощность распыления 5 кВт на каждом частичном катоде, то интервал всей последовательности необходимо повторять с частотой 69,4 Гц, поскольку

(tpn-tdn)*N*Pmax*fr=0,18мс*10*40кВт*69,4 Гц=5 кВт.

Этому соответствует средняя потеря мощности на фиктивном катоде максимально 0,5мс*40кВт*69,4 Гц=1,39 кВт. Частота повторения 69,4 Гц соответствует длительности повторения 14,4 мс. При длительности интервала всей последовательности 11,3 мс это означает, что между последовательностями необходима пауза в 3,1 мс.

Пример 2

В рамках второго примера интервал импульсов мощности уменьшается до 0,07 мс, а количество групп повышается до 100. Остальные параметры сохраняются. Таким образом, длительность интервала всей последовательности составляет 100*6(0,07 мс-0,02 мс)+0,5 мс=30 мс+0,5 мс=30,5 мс.

Таким образом, интервал потерь, равный 0,5 мс, соотносится с применяемым для покрытия временем отдачи мощности, равным 30 мс. Тем самым по сравнению с потерей мощности на фиктивном катоде используется в более чем 60 раз превышающая мощность для целей покрытия.

(tpn-tdn)*N*Pmax*fr=0,05мс*100*40кВт*25 Гц=5 кВт.

Этому соответствует средняя потеря мощности на фиктивном катоде максимально 0,5мс*40кВт*25 Гц=0,5 кВт. Частота повторения 25 Гц соответствует длительности повторения 40 мс. При длительности интервала всей последовательности 30,5 мс это означает, что между двумя последовательностями необходима пауза в 9,5 мс.

Пример 3

В рамках третьего примера интервал импульсов мощности уменьшается до 0,05 мс, а количество групп повышается до 1000. Остальные параметры сохраняются. Таким образом, длительность интервала всей последовательности составляет 1000*6(0,05 мс-0,02 мс)+0,5 мс=180 мс+0,5 мс=180,5 мс.

Таким образом, интервал потерь, равный 0,5 мс, соотносится с применяемым для покрытия временем отдачи мощности, равным 180 мс. Тем самым по сравнению с потерей мощности на фиктивном катоде используется в более чем 360 раз превышающая мощность для целей покрытия.

Если во время интервала импульса мощности к одному частичному катоду прикладывается мощность 60 кВт и задана средняя мощность распыления 5 кВт на каждом частичном катоде, то интервал всей последовательности необходимо повторять с частотой 2,7 Гц, поскольку

(tpn-tdn)*N*Pmax*fr=0,03мс*1000*60кВт*2,7 Гц=4,86 кВт.

Этому соответствует средняя потеря мощности на фиктивном катоде максимально 0,5мс*60кВт*2,7 Гц=81 Вт. Частота повторения 2,7 Гц соответствует длительности повторения 360 мс. При длительности интервала всей последовательности 180,5 мс это означает, что между двумя последовательностями необходима пауза в 179,5 мс.

Пример 4

В рамках четвертого примера интервал импульсов мощности 0,05 мс и количество групп 1000 сохраняются, также как остальные параметры. Таким образом, длительность интервала всей последовательности составляет 1000*6(0,05 мс-0,02 мс)+0,5 мс=180 мс+0,5 мс=180,5 мс.

Если во время интервала импульса мощности к одному частичному катоду прикладывается не как в примере 3 мощность 60 кВт, а лишь 33 кВт, и задана средняя мощность распыления 5 кВт на каждом частичном катоде, то интервал всей последовательности необходимо повторять с частотой 5,05 Гц, поскольку

(tpn-tdn)*N*Pmax*fr=0,03мс*1000*33кВт*5,05 Гц=5 кВт.

Этому соответствует средняя потеря мощности на фиктивном катоде максимально 0,5мс*33кВт*5,05 Гц=83 Вт. Частота повторения 5,05 Гц соответствует длительности повторения 198 мс. При длительности интервала всей последовательности 180,5 мс это означает, что между двумя последовательностями необходима пауза в 17,5 мс.

Как следует из приведенных выше примеров, способ, согласно изобретению, позволяет просто изменять линейно длительность импульсов, высоту импульсов, частоту повторения импульсов, а также точный профиль импульсов при почти исчезающей малой потере мощности. Все величины, которые могут быть объединены под понятием линейно изменяемой характеристики импульса, оказывают при распылении и, в частности в рамках технологии HIPIMS, непосредственное влияние на свойства возникающих при этом слоев. Хотя в описании изобретения указано получение импульсов мощности в рамках технологии распыления, его можно предпочтительно применять везде там, где необходимо подавать сравнительно высокую импульсную мощность на нагрузку.

На фиг.1 показана соответствующая примерам ситуация как в виде единой последовательности, так и с разбивкой на интервал (0) потерь и интервалы (1-6) импульсов мощности на частичных катодах. При этом горизонтальная ось представляет время, а вертикальная ось соответствует отдаваемой генератором мощности, при этом в зонах перекрытия (например, td1) мощность должна разделяться между двумя нагрузками, что не изображено на фигуре. Однако на фигуре показаны лишь 3 группы.

1. Способ обеспечения импульсов мощности с линейно изменяемым интервалом импульсов мощности для работы распылительного катода для создания покрытия посредством осаждения паров (PVD), при этом распылительный катод PVD содержит первый частичный катод и второй частичный катод, при этом для частичных катодов задана максимальная средняя прикладываемая мощность, и при этом задается длительность интервалов импульсов мощности, при этом способ содержит следующие этапы:
a) обеспечения генератора с заданной, предпочтительно по меньшей мере после включения и по истечении интервала нарастания мощности, постоянной отдаваемой мощностью,
b) включения генератора,
c) подключения первого частичного катода к генератору таким образом, что первый частичный катод нагружается мощностью генератора,
d) разъединения генератора и первого частичного катода по истечении заданного интервала импульсов мощности, соответствующего первому частичному катоду,
e) подключения второго частичного катода к генератору таким образом, что второй частичный катод нагружается мощностью генератора,
f) разъединения генератора и второго частичного катода по истечении заданного интервала импульсов мощности, соответствующего второму частичному катоду,
при этом первый интервал импульсов мощности начинается во времени перед вторым интервалом импульсов мощности, и первый интервал импульсов мощности заканчивается во времени перед вторым интервалом импульсов мощности,
отличающийся тем, что этапы d) и е) выполняют таким образом, что первый интервал импульсов мощности и второй интервал импульсов мощности перекрываются во времени, и все интервалы импульсов мощности совместно образуют первую группу, так что отдача мощности из генератора сохраняется все время без перерыва между началом первого интервала импульсов мощности до конца второго интервала импульсов мощности, и отсутствует второй интервал нарастания мощности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перекрытие во времени первого интервала импульсов мощности и второго интервала импульсов мощности составляет не более х% интервала нарастания мощности, или, если первый интервал импульсов мощности отличается по длительности от второго интервала импульсов мощности, составляет не более х% интервала импульсов мощности меньшей длительности, при этом х меньше или равен 20, предпочтительно х меньше или равен 10.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что распылительный катод PVD содержит по меньшей мере один дополнительный частичный катод, предпочтительно несколько дополнительных частичных катодов, при этом дополнительные частичные катоды подключают к генератору и разъединяют с ним в соответствии с этапами е) и f), при этом соотнесенный с очередным дополнительным частичным катодом интервал импульсов мощности перекрывается во времени с интервалом импульсов мощности, который соответствует непосредственно предыдущему частичному катоду, и первый, второй и дополнительный или дополнительные интервалы импульсов мощности вместе образуют непрерывную во времени первую группу, так что отдача мощности от генератора во время образованного первой группой группового интервала сохраняется все время без перерыва, и отсутствует второй интервал нарастания мощности.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что за первой группой следует вторая группа, внутри которой в соответствии с первой группой подают на первый, второй и, возможно, дополнительные частичные катоды импульсы мощности в пределах перекрывающихся интервалов импульсов мощности, при этом вторая группа следует за первой группой таким образом, что первый интервал импульсов мощности второй группы перекрывается с последним интервалом импульсов мощности первой группы, так что сохраняется все время без перерывов отдача мощности от генератора с начала первого интервала импульсов мощности первой группы до конца последнего интервала импульсов мощности второй группы, и отсутствует второй интервал нарастания мощности.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в соответствии со сформулированными в п. 4 условиями для групп 1 и 2 следуют друг за другом N групп, при этом N является целым числом >1.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что количество N групп предпочтительно выбирают максимальным, но лишь настолько большим, что для каждого частичного катода n справедливо, что сумма соотнесенных с ним интервалов tpn импульсов мощности за вычетом перекрытия tdn для всех групп 1 - N не превышает максимальное время 100 мс.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время интервала потерь отдаваемая генератором мощность отдается на не используемую для нанесения покрытия нагрузку, при этом интервал потерь содержит по меньшей мере интервал нарастания мощности, и интервал потерь перекрывается с первым интервалом импульсов мощности первой группы, и интервал потерь вместе с группами образуют непрерывную последовательность.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ многократно повторяют, и что каждый раз после последнего интервала импульсов мощности генератор выключают для паузы, и выбирают паузу настолько длинной, что отдаваемая на частичные катоды усредненная во времени мощность соответствует заданному значению с учетом пауз.

9. Способ напыления с помощью создаваемых магнетроном импульсов большой мощности (HIPIMS), который содержит способ по п. 1, отличающийся тем, что заданная мощность генератора составляет по меньшей мере около 20 кВт, предпочтительно по меньшей мере около 40 кВт и особенно предпочтительно около 60 кВт.

10. Способ HIPIMS по п. 9, отличающийся тем, что параметры выбирают таким образом, что отдаваемая на частичные катоды усредненная во времени мощность менее 10 кВт и предпочтительно около 5 кВт, при этом преобладающая во времени и локально на частичных катодах плотность разрядного тока предпочтительно более 0,2 А/см².

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на поверхности деталей. Внутри корпуса вакуумной камеры установлен, по меньшей мере, один источник распыляемого материала, выполненный в виде N магнетронов, где N - целое число и N>1, и ионный источник.

Улучшенный способ совместного распыления сплавов и соединений с использованием двойной с-mag конструкции катода и соответствующая установка // 2578336

Изобретение относится к совместному распылению сплавов и соединений и к установке для упомянутого распыления и может быть использовано для получения пленок с требуемыми свойствами.

Нанесение на подложки легированного слоя посредством катодного распыления // 2574553

Изобретение относится к способу и устройству для нанесения на подложку сплава, состоящего из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава с переменным их соотношением и к мишени для нанесения на подложку сплава.

Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок // 2540318

Изобретение относится к области нанесения тонких пленок в вакууме и может быть использовано, например, в микроэлектронике. Устройство содержит вакуумную камеру и магнитную систему.

Способ ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленочных покрытий и установка для его осуществления // 2379378

Изобретение относится к способу и устройству ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленочных покрытий. .

Способ и установка для травления в вакууме при помощи магнетронного распыления металлической полосы // 2369937

Изобретение относится к травлению в вакууме при помощи магнетронного распыления. .

Способ и установка для травления в вакууме при помощи магнетронного распыления металлической полосы // 2369936

Изобретение относится к способу травления магнетронным распылением в вакуумной камере (2) металлической полосы (4), движущейся на опорном валке (3) напротив противоэлектрода (5).

Источник фильтрованной плазмы вакуумной дуги // 2369664

Изобретение относится к источнику фильтрованной плазмы вакуумной дуги (варианты) и способу создания фильтрованной плазмы. .

Распылительный катод для процессов нанесения покрытий // 2283367

Изобретение относится к области металлургии, в частности к распылительному катоду для процессов нанесения покрытий в вакуумной камере, и может найти применение в машиностроении при изготовлении изделий с нанесенным покрытием.

Магнетронная распылительная система // 2242821

Изобретение относится к плазменной технике и предназначено для вакуумного ионно-плазменного нанесения тонких пленок металлов и их соединений на поверхность твердых тел.

Источник металлической плазмы (варианты) // 2601725

Изобретение относится к источникам металлической плазмы (варианты) и может быть использовано для нанесения защитных, упрочняющих и декоративных покрытий методом катодного распыления на внутренние поверхности изделий, в частности на внутренние поверхности тел вращения, как открытых, так и закрытых с одной стороны. Источник металлической плазмы (ИМП) содержит установленные в вакуумной камере охлаждаемый катод из испаряемого металла, анод в виде вертикальных пластин и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом. ИМП имеет экраны и датчики ионного тока, соединенные с источником питания. Катод по одному из вариантов имеет перевернутую U-образную форму. Экраны выполнены в виде пластин, расположенных вдоль всей нерабочей поверхности катода. Две параллельные пластины выполнены повторяющими форму катода и соединены пластиной, расположенной во внутренней полости катода, каждое основание которого соединено с токоподводом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ напыления тонкопленочных покрытий на поверхность полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом магнетронного распыления // 2601903

Способ включает формирование в известной магнетронной распылительной системе планарного типа магнитного поля, зажигание разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, распыление материала катода и его осаждение на поверхность полупроводниковой гетероэпитаксиальной структуры. Между магнетронным источником и полупроводниковой гетероэпитаксиальной структурой расположена магнитная система, отклоняющая проходящие через нее высокоэнергичные заряженные частицы плазмы газового разряда. Магнитная система, отклоняющая проходящие через нее высокоэнергичные заряженные частицы плазмы газового разряда, может быть выполнена в виде прямоугольного корпуса из стали с закрепленными в нем с двух противоположных сторон магнитов таким образом, чтобы созданное ими магнитное поле во внутренней части системы было направлено ортогонально движению осаждаемых на поверхность полупроводниковой гетероэпитаксиальной структуры атомов. Достигается отклонение магнитной системой в процессе напыления высокоэнергетичных заряженных частиц от поверхности полупроводниковой гетероэпитаксиальной структуры для предотвращения ее бомбардировки и, соответственно, образование в ней радиационных дефектов. 1 ил.

Способ нанесения покрытий путем плазменного напыления и устройство для его осуществления // 2607398

Изобретение относится к способу ионно-плазменного напыления покрытий на изделия в вакууме и устройству для его осуществления и может найти применение в металлургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности. Изделия размещают внутри плазменного устройства, содержащего мишень из распыляемого материала. Осуществляют наложение сконфигурированного электрического и магнитного полей в условиях тлеющего плазменного разряда, сжатие плазменного потока и его локальную фокусировку в центре вершины мишени с образованием на ее поверхности локального плазменного пятна в пределах 1 мм2. Устройство включает размещаемую внутри вакуумной камеры и заполняемую в процессе работы плазмообразующим газом плазменную ячейку. Ячейка образована между двумя параллельно расположенными пластинами и содержит расположенные соосно катод, мишень из распыляемого материала, анод и фокусирующие электроды. Катод выполнен в виде стержневого держателя мишени. Напыляемые изделия закреплены в одном из фокусирующих электродов. Катод с мишенью установлен внутри полого цилиндрического магнита, имеющего осевую намагниченность. В результате получают покрытия высокого качества при снижении потребляемой мощности устройства. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Магнетронная распылительная система с инжекцией электронов // 2631553

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к магнетронным распылительным системам, и может быть использовано для нанесения покрытий методом магнетронного распыления металлической мишени в вакууме. Устройство содержит в корпусе-аноде (1) катодный узел, включающий в себя плоскую мишень-катод (2). В катодном узле за плоскостью мишени-катода (2), которая электрически соединена с электродом (3), расположена система магнитов (4) с магнитопроводом (5). Инжектор электронов (6) размещен в катодном узле. Через отверстие в мишени-катоде (2) электроны инжектируются в прикатодный слой магнетронного разряда. В результате получают значительную дополнительную энергию, соответствующую катодному падению потенциала, и производят эффективную ионизацию рабочего газа вблизи поверхности распыляемой мишени в условиях пониженного давления, когда самостоятельная форма горения магнетронного разряда затруднительна или даже невозможна. Техническим результатом данного изобретения является снижение давления рабочего газа в пространстве дрейфа потока распыленных атомов между мишенью и подложкой. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ предоставления последовательных импульсов мощности // 2631670

Изобретение относится к способу предоставления импульсов мощности для PVD-распыляемого катода, который содержит компонент приема мощности и частичный катод, при этом во время интервала нарастания мощности генератора мощность в компоненте приема мощности снижается, а затем мощность снижается на частичном катоде, причем переключение осуществляется таким образом, что отдача мощности от генератора, предоставляющего мощность, не должна прерываться. Технический результат – упрощение изменения длительности импульсов мощности в больших интнервалах. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ реактивного распыления // 2632210

Изобретение относится к способу реактивного распыления, в котором посредством ионной бомбардировки с поверхности первой мишени выбивается материал и переходит в газовую фазу, при этом к мишени прилагается отрицательное импульсное напряжение таким образом, что на поверхности мишени возникает электрический ток с плотностью тока, составляющей более 0,5 А/см2, так что переходящий в газовую фазу материал, по меньшей мере, частично ионизирован и в нем создается поток реактивного газа, реактивный газ вступает в реакцию с материалом поверхности мишени. Длительность импульса напряжения выбирают таким образом, что во время импульса напряжения поверхность мишени на месте или местах, по которым протекает ток, большую часть времени, по меньшей мере, частично покрыта смесью реактивного газа с материалом мишени, и, следовательно, поверхность мишени находится в первом промежуточном состоянии, и это покрытие в конце импульса напряжения меньше, чем в начале импульса напряжения, и, следовательно, поверхность мишени в конце импульса напряжения находится во втором промежуточном состоянии. Технический результат - повышение стабильности процесса распыления. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ гомогенного нанесения покрытий hipims // 2633516

Настоящее изобретение относится к импульсному магнетронному распылению. Способ физического нанесения покрытия из газовой фазы путем распыления в вакуумированной камере для нанесения покрытий включает следующие этапы: a) подготовка генератора с заданной постоянной отдачей мощности, предпочтительно, по меньшей мере после подключения и по окончании интервала увеличения мощности, b) подключение генератора, c) присоединение первого частичного катода к генератору так, чтобы мощность генератора подавалась на первый частичный катод, d) отсоединение генератора от первого частичного катода по окончании заданного первого интервала импульсов высокой мощности, соответствующего первому частичному катоду, e) присоединение второго частичного катода к генератору так, чтобы мощность генератора подавалась на второй частичный катод, f) отсоединение генератора от второго частичного катода по окончании заданного второго интервала импульсов высокой мощности, соответствующего второму частичному катоду. Частичные катоды предусмотрены по высоте камеры для нанесения покрытий, а длительность первого интервала импульсов высокой мощности согласуют с длительностью другого интервала импульсов высокой мощности таким образом, чтобы слой, образующийся в результате нанесения покрытия, имел заданное распределение толщин слоев по высоте камеры для нанесения покрытий. Технический результат- повышение эффективности нанесения покрытия на деталь. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Слои hipims // 2633672

Изобретение относится к способу осаждения систем слоев PVD из газовой фазы с помощью напыления по меньшей мере на одну подложку. К подложке прикладывают напряжение смещения и осаждают по меньшей мере один первый слой HIPIMS и один второй слой HIPIMS с помощью метода HIPIMS. Используют по меньшей мере два частичных катода, выполненных с возможностью использования при плотностях мощности, составляющих 250 Вт/см2 и выше, и длинах импульсов по меньшей мере 5 мс и более. Для осаждения одного из по меньшей мере двух слоев HIPIMS используют плотность мощности, составляющую по меньшей мере 250 Вт/см2, и длину импульсов по меньшей мере 5 мс. Для осаждения другого слоя HIPIMS используют плотность мощности, составляющую по меньшей мере 250 Вт/см2, и длину импульсов с более короткой длительностью. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Плазменно-дуговое устройство формирования покрытий // 2642237

Изобретение относится к плазменно- дуговому устройству для формирования покрытий и может быть эффективно использовано при формировании защитных и биосовместимых слоев дентальных и ортопедических имплантатов, при изготовлении технологических слоев электролитических ячеек тонкопленочных интегральных аккумуляторов и в химических реакторах, которые работают в агрессивных средах и в условиях высоких температур. В вакуумной камере (1) с вертикально расположенной продольной осью O-O1 осесимметрично размещены катод (3), охватывающий его анод (4) и экранирующий электрод (5) катодного узла (2). Устройство также содержит магнитную систему, держатель (21) подложки (22) и источник питания (25. Катод (3) выполнен из электропроводящего материала, а экранирующий электрод (5) расположен между катодом (3) и анодом (4). Магнитная система состоит из последовательно размещенных первой электромагнитной катушки (10) с торцевой поверхностью (11), расположенной в плоскости, перпендикулярной продольной оси О-O1 камеры(1), и второй электромагнитной катушки (15). Источник питания (25) подключен к аноду (4) и катоду (3) с обеспечением возникновения между ними электрической дуги. Катодный узел (2) снабжен первым приводным механизмом (30) с первым силовым блоком (42) и вторым приводным механизмом (33). Катод (3) установлен в камере (1) с расположением его рабочей поверхности (35) в плоскости, перпендикулярной продольной оси O-O1 камеры и с возможностью перемещения вдоль продольной оси O-O1 камеры, посредством первого приводного механизма с обеспечением совмещения плоскости размещения рабочей поверхности (35) катода (3) с плоскостью размещения торцевой поверхности (11) первой электромагнитной катушки (10), и с возможностью вращения катода (3) вокруг продольной оси O-O1 камеры посредством второго приводного механизма (33). В результате любой степени выработки рабочей поверхности катода, изобретение позволяет сохранять условия оптимальности положения катода по отношению к магнитным полям, что делает процесс нанесения покрытий контролируемым, а характеристики покрытий стабильными. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.