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热压陶瓷溅射靶的物理特性-广东振华真空镀膜设备

在我们最近的文章中,我们简要介绍了通过粉末冶金烧结的陶瓷溅射靶过程。我们进一步描述了称为简单热压制造过程相关的烧结步骤,所描述的是烧结是一种有效的热处理,该热处理应用于粉末状组成物材料,能使该材料致密以增加强度和完整性,而不改变组成粉末的初始组份。简单的热压机制的叙述(包括一个包含加热元件的碳模具)说明了如何使用这种机制来制造一系列不同的金属复合材料(氧化物,氮化物,碳化物,硫化物等的典型情况)用作溅射靶。但是,没有提到的是与此简单化模型相关的某些物理限制。

在给定的热压应用模型中,我们提到热量是通过放置在碳模具中或周围的加热器传导加热的,该模具包含要固化的初始粉末。在加热元件加电时,它会缓慢加热碳模具,并最终加热模腔内的粉末。同时,用液压机通过一组几何相对的碳压头对粉末进行机械压实。这意味着从加热元件产生的热量需要通过碳模具传导到被压实的粉末上。对于圆形靶材,这意味着热量将首先沿模具内粉末的外周传播,然后随时间传向材料中心。这在被扩散成固体形式的材料内产生热滞后,或更重要的是,在烧结过程中形成贯穿材料的温差。与被固结的材料的中心区域内相比,被烧结的材料的外围区域更快地且相应地更长地暴露于由加热元件产生的热量。外层粉末在中心区域内的粉末之前先扩散并固结。随着这些外部区域开始固结,该材料中的局部密度增加,局部体积减小。由于碳棒向材料施加的压力是在靶表面的整个表面上单向施加的,因此随着时间的推移会发生热扩散梯度。结果是在固化靶的范围内密度存在一定程度的非均匀性。这会导致靶材料内的应力差异以及沉积过程中溅射产频的变化。在任何给定的功率密度下,等离子体将提供固定的能量,该能量包含该等离子体中包括的恒定的离子速度。动量固定的离子均匀地撞击靶表面。但是,如果靶材料由具有不同键能的原子组成,则会产生不同的溅射产频。对于靶表面上不同的碰撞位置,作为离子碰撞的函数,靶材料的原子或者多,或者少从靶表面被溅射出来。

这些影响是微妙的,不一定很明显。像大多数过程控制条件一样,影响很大程度上取决于要溅射的靶材料的实际化学成分和物理特性以及与沉积相关的过程条件。通常,对于梯度较小的几何尺寸较小的溅射靶材,这样的细微影响就不再需要关注。使对于温度梯度较大且扩散过程的热力学和动力学变化较大的较大靶材,靶材内较高的内应力也可能导致靶材产生裂纹(同样取决于固化的组成物相关的机械性能),在释放烧结操作中的液压时,甚至剥落。

热压技术中的各种参量控制可以减少甚至消除这些物理上引起的不均匀性,这将在以后的文章中进行讨论。在此可以说,基于上述现象,在沉积过程中应始终谨慎,以及最大程度地提高阴极组件对靶材的冷却效率,并在沉积到基片上之前对所有溅射靶进行适当的预处理。