偏壓(Bias)是指在鍍膜過程中施加在基體上的負電壓。偏(piān)壓電源的正極接到真空室上,同時真空室接地,偏壓的負極接到工件上。由於大地的電壓一般認為是零電位,所以工件上(shàng)的電壓習慣說負偏壓,簡稱偏壓(yā)。
負偏壓的(de)作用提供粒子能量;
對於基片的加熱效應;
清除基片上吸(xī)附的氣(qì)體和油汙等,有(yǒu)利於提高膜(mó)層結合強度;
活化基體表麵;
對電(diàn)弧離(lí)子鍍(Arc Ion Plating)中的大顆粒有淨化作用;
偏壓的分類根據波形可分為:
直流偏壓
直流脈(mò)衝偏壓
直流疊加脈衝偏壓
雙極性脈衝偏壓
直(zhí)流偏壓和脈衝偏壓的比較
傳統的電弧離子鍍是(shì)在(zài)基片(piàn)台上施加直流負偏壓控製離(lí)子轟擊能(néng)量, 這種沉積工(gōng)藝存在以下缺點:
基體溫升(shēng)高, 不(bú)利於在回火(huǒ)溫度低的基體上沉積硬質膜。
高能離子(zǐ)轟擊(jī)造成嚴(yán)重的濺射, 不能簡單(dān)通過提(tí)高(gāo)離子轟擊能量合成高反應(yīng)閾能的硬質薄膜。
直流(liú)偏壓電弧離子鍍工藝中(zhōng),為了抑製因(yīn)離子(zǐ)對基體表麵連續轟擊而導致的基體溫(wēn)度過高,主要采(cǎi)取減少沉積功率、縮短沉積時間、采用間歇沉積方式等措施來降低沉積溫度,這些(xiē)措施可以概括地稱為能量控製法'這種方法(fǎ)雖然可(kě)以降低沉積溫度,但也使薄膜的某些性能下降(jiàng),同時還降低了生產效率和薄膜質量的穩定(dìng)性,因此,難以推廣應用。
脈衝偏壓電弧離子鍍工藝中,由於離子是(shì)以(yǐ)非連續的脈衝方式轟擊基體(tǐ)表麵,所以通過調節脈衝偏壓的占(zhàn)空比,可改變基體內(nèi)部與表麵之間的溫度梯度,進而改變基體內部與表麵之間熱的均衡補償效果,達到(dào)調控沉積溫度的目的。這樣就可以把施加偏壓的脈(mò)衝高度與工件溫度(dù)獨立分開(互不(bú)影響或影響很小(xiǎo))調節,利用高壓脈衝來獲得高能離子的轟擊效應以改善薄膜的組織和性能,通過降低占空比來減(jiǎn)小離(lí)子轟擊的(de)總加熱效應以降低沉積溫度。
偏壓對膜層的影響
偏壓對膜層的(de)影響機(jī)製是很複雜的,下麵列出了(le)一些(xiē)主(zhǔ)要(yào)影響,可以根據(jù)自己的使用工藝,觀察總結,就可(kě)以很快摸清偏壓對膜層的影響規律。
膜層結構、結晶構造取向、組織(zhī)結(jié)構
沉積速率
大顆粒(lì)淨化
膜層硬度
膜層致(zhì)密度
表麵形貌
內應力