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阴极电弧离子镀原理分析-广东振华真空镀膜设备

阴极电弧离子镀在众多离子镀膜技术中可谓是集大成者,该技术目前已经逐步发展为硬质薄膜领域的主力。它采用冷弧光放电工艺,在众多PVD镀膜技术中,其膜层粒子离化率最高。

阴极电弧离子镀

首先,阴极电弧离子镀带有正电位的引弧针(阳极)靠近带有负电位的靶材(阴极),阴阳两极距离足够小时,两极间的气体会被击穿,形成弧电流,这与电焊的引弧相类似。此时,部分N2发生离化,形成氮的阳离子以及电子。

受到电场力的吸引,接下来氮的阳离子会向飞向阴极即靶材附近,而电子则会飞向引弧针,但是由于离子的质量远远大于电子,因此在受到相同电场力的情况下,电子的移动距离会大于阳离子的移动距离,于是当电子到达阳极时,离子将不会到达阴极靶面,而是在距离靶面较近的位置处富集,形成正离子堆积层。

阳离子与阴极靶面的距离很小,可达微米级。根据E=U/d,可知此时空间中的电场强度极高,这种极强的电场会把靶材中的电子“扯”出来。被“扯”出的电子从阴极靶面飞向正离子堆积层,形成电流,堆积层与靶面被导通,于是在靶面附近产生电弧。

阴极电弧离子镀的电弧会使靶材发生蒸发,同时正离子会被阴极靶面吸引,使得正离子轰击靶表面,产生溅射。由于不论蒸发还是溅射出的膜层粒子都需要经过正离子堆积层,并且在其飞出阴极靶面的过程中,膜层粒子会受到靶面处电弧的作用,因此到达工件处的粒子绝大多数为离子态。

阴极电弧离子镀膜设备的工件处通常会加有负偏压,于是正离子受到电场力作用飞向工件,并对工件产生轰击,这种轰击会提高膜层的附着力,并使得磨蹭致密,这对于改善膜层质量是十分有益的。