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真空鍍膜設(shè)備真空鍍膜機(jī)圓柱靶的設(shè)計(jì)

作者:溫州馳誠真空機(jī)械有限公司  來源:http://xingxinbz.com  更新時(shí)間:2015-10-5 22:11:45  點(diǎn)擊次數(shù):

真空鍍膜設(shè)備真空鍍膜機(jī)圓柱靶的設(shè)計(jì)

 本真空鍍膜機(jī)在以前工作的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新結(jié)構(gòu)的圓柱陰極靶。多弧圓柱靶與磁控濺射靶材水平分置基材上下側(cè)共同放電,基材表面在沉積了多弧離子鍍大顆粒的同時(shí)也沉積了磁控濺射的小顆粒,一方面利用了多弧離子鍍的高離化率及離子鍍良好的基膜界面層結(jié)合力,另一方面利用了磁控濺射沉積薄膜的致密性,形成了一種混凝土式的共混結(jié)構(gòu),達(dá)到耐磨、耐腐蝕的目的。圖4 所示的圓柱靶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖,采用高磁場強(qiáng)度的釹鐵硼磁鐵,并用磁流體密封代替?zhèn)鹘y(tǒng)橡膠密封,從而克服轉(zhuǎn)動(dòng)部分漏水漏氣的缺點(diǎn)。
 通常在磁控靶的設(shè)計(jì)中大多采用實(shí)物靶實(shí)驗(yàn)的方法改進(jìn)磁控靶的性能,多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)從而確定磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度和物理結(jié)構(gòu)。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)模擬軟件的應(yīng)用和普及,目前越來越多的工程設(shè)計(jì)采用了預(yù)先的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析技術(shù),然后根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行工程設(shè)計(jì),大大簡化了設(shè)計(jì)的研制周期,降低了研發(fā)成本。本研究采用有限元分析軟件ANSYS 模擬磁場的分布情況,確定了最佳的磁極分布、磁極尺寸和物理結(jié)構(gòu)。目前國際市場的稀土材料大漲造成強(qiáng)磁的釹鐵硼磁鐵價(jià)格也隨之大幅度增加,為了降低磁控陰極的生產(chǎn)成本我們又進(jìn)行了鐵氧體磁體的數(shù)值模擬,通過改變磁鐵同靶材的距離增強(qiáng)靶表面磁感應(yīng)強(qiáng)度。
 有限元數(shù)值模擬圓柱磁控濺射靶磁感應(yīng)強(qiáng)度的結(jié)果。磁鐵尺寸為11mm×11mm×30 mm,磁鐵磁感應(yīng)強(qiáng)度1200 Gs,設(shè)計(jì)的靶表面最大垂直方向磁感應(yīng)強(qiáng)度為240 Gs。圖6 是有限元數(shù)值模擬圓柱多弧靶磁感應(yīng)強(qiáng)度的結(jié)果,多弧靶的設(shè)計(jì)中由于要求的靶表面磁場強(qiáng)度不能太高,我們采用了單磁鐵結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)的靶表面最大垂直方向磁感應(yīng)強(qiáng)度為110 Gs,磁鐵尺寸11mm×11mm×30 mm,磁鐵磁感應(yīng)強(qiáng)度1200 Gs。本研究中我們還對磁場數(shù)值模擬的結(jié)果同實(shí)際靶的磁場強(qiáng)度分布進(jìn)行了比對研究。驗(yàn)證試驗(yàn)采用SHT- V 型特斯拉計(jì)測量了靶表面水平和垂直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面模擬磁感應(yīng)強(qiáng)度同實(shí)際測量結(jié)果有較好的一致性,有關(guān)結(jié)果將另行成文進(jìn)行描述。根據(jù)數(shù)值分析的結(jié)果設(shè)計(jì)的兩種靶放電情況良好,靶材利用率可達(dá)85%。
  輝光弧光共放電的物理特性的研究
  是APSCD 輝光弧光協(xié)同共放電的結(jié)構(gòu)原理示意圖,多弧圓柱靶與磁控濺射靶分置基材上下側(cè)協(xié)同共同放電,輝光弧光等離子體互相增強(qiáng),基材表面在沉積了多弧離子鍍大顆粒的同時(shí)也沉積了磁控濺射的小顆粒,形成了一種混凝土式的膜層同鍍的共混結(jié)構(gòu)膜層。磁控濺射利用的是氣體放電中的異常輝光放電,利用磁場束縛電子,增大電子密度,提高等離子體的密度,其陰極位降很大,且位降區(qū)的寬度減小。
  磁控濺射中一般陰極電壓為幾百伏特, 電流密度<1 mA/cm2,多弧離子鍍利用的是弧光放電,電弧放電產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射,放電區(qū)中溫度最高點(diǎn)幾千K,電弧放電其特點(diǎn)是電流密度極大而極間電壓低,其自持依賴于新的電子發(fā)射機(jī)制,其電壓一般僅為10 V- 20 V,電流則高達(dá)150 A。由于輝光弧光放電的機(jī)制不同,在輝光弧光共放電共沉積過程中要分析二者不同的等離子密度增強(qiáng)機(jī)制, 研究磁場對置結(jié)構(gòu)下弧斑軌跡的運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律, 研究弧光放電高強(qiáng)度輻射造成的荷能電子碰撞電離增強(qiáng)特性。
真空鍍膜設(shè)備真空鍍膜機(jī)
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