Установка для нанесения покрытий
Разработка
ID
5FBJ-86A5
Пользователь
Категория
C - химия; металлургия
Опубликован
11.04.2024 13:43
Описание
Полезная модель относится к области нанесения покрытий при физическом распылении металлов, а более конкретно к установкам ионно-плазменного распыления в которых постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю. Предлагаемая полезная модель может быть использована в электронике, машиностроении, оптике, медицинской технике и других отраслях промышленности при подготовке образцов для последующего исследования.
Известна установка для напыления покрытий в вакууме (Патент РФ №2214447, опубликован 2003.07.10, МПК, С 23 С 14/35), которая включает вакуумную камеру, распылители мишеней-катодов с анодными блоками, устройства для эвакуации и регулирования подачи газа, приспособление, на котором крепятся держатели, и устройство для вращения приспособления. Вращение приспособления и держателей осуществляют в разных направлениях. Распылители мишеней-катодов расположены под углом и смещены по высоте относительно друг друга. Внутренняя поверхность камеры снабжена ложными стенками, а держатели подложек имеют форму призм, причем каждая грань призм прозрачна не менее чем на 75%. Подложки и анодные блоки распылителей гальванически связаны между собой и с положительным электродом. Мишени-катоды и ложные стенки связаны с отрицательным электродом. Между приспособлением для крепления держателей и устройством для его вращения установлен экран, гальванически изолированный от камеры. Установка применяется для нанесения покрытий по всей поверхности подложек, включая тыльную их сторону.
Недостатком известной установки является ее конструктивная сложность. Кроме того, использование такой установки для напыления
образцов, которые применяются для дальнейшего изучения в процессе проведения научных исследований просто нецелесообразно в силу ее слишком высокой производительности.
Известно также устройство для нанесения покрытий на базе магнетрона (Патент РФ №2218450, опубл. 2003.08.27, МПК С 23 С 14/35, H 01 J 25/50), которое содержит мишень-катод, анод, установленный на цилиндрическом держателе, охлаждаемую магнитную систему. Для охлаждения магнитной системы применяют холодную воду. Устройство сопрягают с вакуумной камерой, в которой размещают образец, на который наносят покрытие.
Данное устройство является прототипом предлагаемой полезной модели. Однако, хотя оно и отличается существенно большей простотой по сравнению с аналогом (Патент РФ №2214447), тем не менее необходимость использования водяного охлаждения магнитной системы усложняет конструкцию и увеличивает стоимость устройства.
Задача, поставленная при создании предлагаемой полезной модели, состояла в разработке конструктивно простой и дешевой в изготовлении и эксплуатации установки для нанесений покрытий.
Поставленная задача в предлагаемой установке для нанесения покрытий, содержащей вакуумную камеру, магнетрон, имеющий катод, магнитную систему, снабженную устройством охлаждения, и мишень, решается тем, что, что катод выполнен в виде стакана, герметично установленного в вакуумной камере. Внутри стакана размещена магнитная система с устройством охлаждения, снабженным теплоотводящим основанием, соприкасающимся с поверхностью названной системы, и тепловыми трубами, концевые секции которых
подключены, соответственно, к названному основанию и теплообменнику, а анод выполнен в виде стенок вакуумной камеры.
Теплообменник может быть выполнен в виде оребренного радиатора, а сама установка снабжена защитным кожухом, установленным над устройством охлаждения и крепящимся к вакуумной камере, причем в кожухе выполнено окно для подачи охлаждающего воздуха и отверстия для выхода нагретого воздуха.
Кроме того, установка может быть снабжена вентилятором для подачи охлаждающего воздуха внутрь защитного кожуха.
Конструкция установки поясняется чертежом. К фланцу корпуса вакуумной камеры 1 через изолирующую прокладку 2 герметично крепится корпус 3 магнетрона, выполненный в виде стакана. Внутри корпуса 3 размещена магнитная система 4, верхняя плоскость которой соприкасается с теплоотводящим основанием 5, которое через тепловые трубы 6 подключено к теплообменнику 7. Основание 5, тепловые трубы 6 и теплообменник 7 образуют устройство охлаждения, обеспечивающее отвод тепла от магнитной системы 4 к окружающей среде. Устройство охлаждения может быть закрыто защитным кожухом 8, в торцевой стенке которого выполнено окно 9 для подачи атмосферного воздуха, а в боковой стенке сделаны отверстия для выхода нагретого воздуха. Корпус 3 электрически соединен с отрицательным полюсом источника питания 10 и выполняет функцию катода. Мишень 11 размещена в вакуумной камере под днищем корпуса магнетрона. Для интенсификации отвода тепла от теплообменника 7 установка может быть снабжена вентилятором 12. Теплообменник 7 может быть выполнен в виде оребренного радиатора.
Установка работает следующим образом. Вакуумную камеру откачивают до давления 10-7 мм. рт.ст., а затем напускают в камеру плазмообразующий газ - аргон, увеличивая давление в камере до 10-3 мм.рт.ст. Затем подают от источника 10 электрическую мощность к магнетрону, анодом которого является корпус вакуумной камеры. Возникает магнетронный разряд. Ионы аргона возникающие внутри плазменного разряда ускоряются напряжением в направлении мишени. В результате бомбардировки ионами поверхности мишени происходит распыление материала мишени. Распыленный материал мишени осаждается на образце и образует на нем пленку. Образец устанавливается на параллельно мишени на расстоянии 5-15 см.
Тепло, выделяющееся на мишени 11 отводят по корпусу 3 к основанию 5, которое выполняют из материала с высокой теплопроводностью. Далее это тепло с помощью тепловых трубок, например водяных трубок, перебрасывают к теплообменнику 7. От последнего тепло отводят с помощью воздуха, причем для интенсификации теплообмена воздух подают вентилятором 12, а теплообменник выполняют в виде оребренного радиатора. С целью соблюдения требований техники безопасности устройство охлаждения снабжают защитным кожухом 8 с окном 9 для подачи атмосферного воздуха.
Пример 1. Проводилось напыление меди с содержанием 99,99 мас.% основного элемента на образец из стекла диаметром 25 мм установленного на расстоянии 8 см от мишени. Напряжение, подаваемое на магнетрон составляло 400-500 В при мощности подводимой к магнетрону 100 Вт. При ведении процесса наблюдалось существование магнетронного разряда на мишени. Время напыления слоя толщиной 100 нм составило 4 мин.
Пример 2 Проводилось напыление никеля содержанием 99,99 мас.% основного элемента на образец из стекла диаметром 25 мм
установленного на расстоянии 8 см от мишени. Напряжение, подаваемое на магнетрон составляло 400-500 В при мощности подводимой к магнетрону 100 Вт. При ведении процесса наблюдалось существование магнетронного разряда на мишени. Время напыления слоя толщиной 100 нм составило 5,5 мин.
Приведенные примеры показывают, что с помощью предлагаемой установки простой конструкции возможно изготовление качественных образцов для исследований при минимальных затратах энергии и использовании небольших производственных площадей. Замена водяного охлаждения магнитного блока воздушным существенно облегчает монтаж установки в лабораторных условиях. Все это свидетельствует о промышленной применимости установки.
Известна установка для напыления покрытий в вакууме (Патент РФ №2214447, опубликован 2003.07.10, МПК, С 23 С 14/35), которая включает вакуумную камеру, распылители мишеней-катодов с анодными блоками, устройства для эвакуации и регулирования подачи газа, приспособление, на котором крепятся держатели, и устройство для вращения приспособления. Вращение приспособления и держателей осуществляют в разных направлениях. Распылители мишеней-катодов расположены под углом и смещены по высоте относительно друг друга. Внутренняя поверхность камеры снабжена ложными стенками, а держатели подложек имеют форму призм, причем каждая грань призм прозрачна не менее чем на 75%. Подложки и анодные блоки распылителей гальванически связаны между собой и с положительным электродом. Мишени-катоды и ложные стенки связаны с отрицательным электродом. Между приспособлением для крепления держателей и устройством для его вращения установлен экран, гальванически изолированный от камеры. Установка применяется для нанесения покрытий по всей поверхности подложек, включая тыльную их сторону.
Недостатком известной установки является ее конструктивная сложность. Кроме того, использование такой установки для напыления
образцов, которые применяются для дальнейшего изучения в процессе проведения научных исследований просто нецелесообразно в силу ее слишком высокой производительности.
Известно также устройство для нанесения покрытий на базе магнетрона (Патент РФ №2218450, опубл. 2003.08.27, МПК С 23 С 14/35, H 01 J 25/50), которое содержит мишень-катод, анод, установленный на цилиндрическом держателе, охлаждаемую магнитную систему. Для охлаждения магнитной системы применяют холодную воду. Устройство сопрягают с вакуумной камерой, в которой размещают образец, на который наносят покрытие.
Данное устройство является прототипом предлагаемой полезной модели. Однако, хотя оно и отличается существенно большей простотой по сравнению с аналогом (Патент РФ №2214447), тем не менее необходимость использования водяного охлаждения магнитной системы усложняет конструкцию и увеличивает стоимость устройства.
Задача, поставленная при создании предлагаемой полезной модели, состояла в разработке конструктивно простой и дешевой в изготовлении и эксплуатации установки для нанесений покрытий.
Поставленная задача в предлагаемой установке для нанесения покрытий, содержащей вакуумную камеру, магнетрон, имеющий катод, магнитную систему, снабженную устройством охлаждения, и мишень, решается тем, что, что катод выполнен в виде стакана, герметично установленного в вакуумной камере. Внутри стакана размещена магнитная система с устройством охлаждения, снабженным теплоотводящим основанием, соприкасающимся с поверхностью названной системы, и тепловыми трубами, концевые секции которых
подключены, соответственно, к названному основанию и теплообменнику, а анод выполнен в виде стенок вакуумной камеры.
Теплообменник может быть выполнен в виде оребренного радиатора, а сама установка снабжена защитным кожухом, установленным над устройством охлаждения и крепящимся к вакуумной камере, причем в кожухе выполнено окно для подачи охлаждающего воздуха и отверстия для выхода нагретого воздуха.
Кроме того, установка может быть снабжена вентилятором для подачи охлаждающего воздуха внутрь защитного кожуха.
Конструкция установки поясняется чертежом. К фланцу корпуса вакуумной камеры 1 через изолирующую прокладку 2 герметично крепится корпус 3 магнетрона, выполненный в виде стакана. Внутри корпуса 3 размещена магнитная система 4, верхняя плоскость которой соприкасается с теплоотводящим основанием 5, которое через тепловые трубы 6 подключено к теплообменнику 7. Основание 5, тепловые трубы 6 и теплообменник 7 образуют устройство охлаждения, обеспечивающее отвод тепла от магнитной системы 4 к окружающей среде. Устройство охлаждения может быть закрыто защитным кожухом 8, в торцевой стенке которого выполнено окно 9 для подачи атмосферного воздуха, а в боковой стенке сделаны отверстия для выхода нагретого воздуха. Корпус 3 электрически соединен с отрицательным полюсом источника питания 10 и выполняет функцию катода. Мишень 11 размещена в вакуумной камере под днищем корпуса магнетрона. Для интенсификации отвода тепла от теплообменника 7 установка может быть снабжена вентилятором 12. Теплообменник 7 может быть выполнен в виде оребренного радиатора.
Установка работает следующим образом. Вакуумную камеру откачивают до давления 10-7 мм. рт.ст., а затем напускают в камеру плазмообразующий газ - аргон, увеличивая давление в камере до 10-3 мм.рт.ст. Затем подают от источника 10 электрическую мощность к магнетрону, анодом которого является корпус вакуумной камеры. Возникает магнетронный разряд. Ионы аргона возникающие внутри плазменного разряда ускоряются напряжением в направлении мишени. В результате бомбардировки ионами поверхности мишени происходит распыление материала мишени. Распыленный материал мишени осаждается на образце и образует на нем пленку. Образец устанавливается на параллельно мишени на расстоянии 5-15 см.
Тепло, выделяющееся на мишени 11 отводят по корпусу 3 к основанию 5, которое выполняют из материала с высокой теплопроводностью. Далее это тепло с помощью тепловых трубок, например водяных трубок, перебрасывают к теплообменнику 7. От последнего тепло отводят с помощью воздуха, причем для интенсификации теплообмена воздух подают вентилятором 12, а теплообменник выполняют в виде оребренного радиатора. С целью соблюдения требований техники безопасности устройство охлаждения снабжают защитным кожухом 8 с окном 9 для подачи атмосферного воздуха.
Пример 1. Проводилось напыление меди с содержанием 99,99 мас.% основного элемента на образец из стекла диаметром 25 мм установленного на расстоянии 8 см от мишени. Напряжение, подаваемое на магнетрон составляло 400-500 В при мощности подводимой к магнетрону 100 Вт. При ведении процесса наблюдалось существование магнетронного разряда на мишени. Время напыления слоя толщиной 100 нм составило 4 мин.
Пример 2 Проводилось напыление никеля содержанием 99,99 мас.% основного элемента на образец из стекла диаметром 25 мм
установленного на расстоянии 8 см от мишени. Напряжение, подаваемое на магнетрон составляло 400-500 В при мощности подводимой к магнетрону 100 Вт. При ведении процесса наблюдалось существование магнетронного разряда на мишени. Время напыления слоя толщиной 100 нм составило 5,5 мин.
Приведенные примеры показывают, что с помощью предлагаемой установки простой конструкции возможно изготовление качественных образцов для исследований при минимальных затратах энергии и использовании небольших производственных площадей. Замена водяного охлаждения магнитного блока воздушным существенно облегчает монтаж установки в лабораторных условиях. Все это свидетельствует о промышленной применимости установки.
Медиафайлы
Патенты
УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
RU54948