等離子體處理在卷繞涂覆工藝上的運用

許多薄膜涂覆工藝除了能滿足光學器件及表面工程產品的需求外,同時,許多表面處理工藝已經可以滿足阻隔涂層的應用。此類工藝主要包括反應濺射沉積工藝、電子束法蒸發鋁或SiO2工藝、等離子體增強化學氣相沉積SiO2工藝以及利用PECVD反應蒸發成類金剛石涂層工藝。

等離子清洗機在卷繞涂覆工藝上的運用

為了實現更高質量的金屬或氧化物沉積涂層,通常需使用活性氧對表面進行預處理。氧等離子體可以在表面產生活性功能團,從而改善薄膜的成核和黏結特性。此外,氧等離子體還可以改善材料表面形貌,減少表面缺陷。

脈沖磁控濺射的發展是20世紀90年代濺射領域內最為激動人心的進步之一。蒸發過程中的等離子體活化作用顯著改善了高沉積速率下的涂層性能。在雙磁控濺射工藝中,兩個磁控源連接到一個雙極脈沖發生器上,每個磁控管交替作為磁控放電中的陰極和陽極。這一工藝大大減少了介質涂層工藝中普遍存在的電弧現象,從而使得氧化物反應濺射可以實現高速運行。氧化物反應濺射可以產生氧負離子,氧負離子在陰極壓降下得到加速,最后以高能量撞擊基底,從而最終產生具有高硬度和極高密度的沉積層。粒子凝聚過程中的能量高低直接決定著阻隔性能的好壞。為了滿足工業應用需求,許多實驗室正在努力改進此項技術。

蒸發式PVD工藝在通入金屬蒸汽的常壓環境下進行,通過在金屬表面進行電弧蒸發,或采用空心陰極放電使電子束輻射金屬表面,從而產生金屬蒸汽。由于初級電子受到縱向磁場的磁捕獲作用,因此電子束放電產生的等離子密度極高。中性原子電離及高能電子散射所產生的低能電子隨同離子一起擴散通過磁場并滲透入基底內部。各分層的微結構受到凝聚粒子平均動能的影響,并隨等離子體活化程度的提高而得到改善。由于沉積粒子的能量較低,通常介于15~20eV,因而各層的固有應力也較低。通常情況下,沉積速率為100nm/s。

空心陰極活化沉積工藝基于以下原理:將高速氯的氧化物或金屬的反應性蒸汽與一種空心陰極等離子體活化技術相結合??招年帢O等離子源可以產生一個高密度電弧放電等離子體,從而使得絕緣基底獲得大約15V的自偏壓。Al2O3和SiOx的通常沉積速率分別為100~150nm/s和300~600nm/s。沉積層為一種致密的非晶態結構。Al2O3和SiOx涂層的顯微硬度分別為6GPa和3GPa。上述兩種氧化物的涂層都具有良好的防磨性能。

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