Гальванопластика в промышленности - Казначей Б.Я.
Скачать (прямая ссылка):
Вакуумное нанесение цроводящего слоя
Катодное распыление
Если между анодом и катодом, расположенными в эвакуированной камере, приложить высокое напряжение, то катод будет медленно разрушаться, а его металл — осаждаться на аноде и стенках камеры очень тонким и гомогенным слоем. Это явление было открыто в 1852 г. и названо катодным распылением. Разрушение катода вызывается ударами ионизированных молекул газа, которые, обладая большой кинетической энергией, выбивают атомы металла из кристаллической решетки. При этом возникает светящийся электрический разряд низкого давления.
71
Катодное распыление нашло значительное практическое применение в технике получения тонких металлических покрытий.
Несмотря на давность процесса теоретические основы его еще недостаточно разработаны, о чем свидетельствует обилие ’ различных теорий, предложенных для объяснения этого про-, десса.
Взгляд на природу катодного распыления непрерывно менялся. Были предложены [20] следующие теории:
1) химическая теория, рассматривающая катодное распыление как результат химической реакции налетающего иона с атомом поверхности;
2) радиационная теория, связывающая катодное распыление с поглощением радиации, получающейся при торможении ионов на катоде;
3) теория взрыва, имеющегося в катоде поглощенного газа, приводящего к разрушению (распылению) катода;
4) импульсная теория, рассматривающая катодное распыление как результат непосредственного Еыбивания поверхностного атома в объем при ударе о него быстрого иона;
5) термическая теория, рассматривающая катодное распыление как акт элементарного испарения из кратковременно накаленного, благодаря удару быстрого иона, элемента по-
. верхности катода.
Результаты современных экспериментальных исследований показывают, что акт катодного распыления весьма близко напоминает акт термического испарения. Термическая теория является наиболее естественной и одной из самых старых теорий. Н. Д. Моргулис [20], подробно рассматривая катодное распыление быстрыми и медленными ионами, говорит об отсутствии оснований даже в настоящее время для того, чтобы считать основные предпосылки термической теории катодного распыления неправильными. Однако, на основании современных экспериментов, старая термическая трактовка явления катодного распыления должна быть заменена более общей статистической, представляющей собой своеобразный синтез старой термической и импульсной теорий, охватывающий весь диапазон энергии ионов — от очень -больших до весьма малых.
Катодное распыление проводится в специальной эвакуированной камере. Вакуум достигает 0,01—0,02 мм рт. ст. Сравнительно низкий вакуум позволяет ограничиваться при устройстве камеры простым резиновым уплотнением.
Распыляемое вещество берется в качестве катода, а покрываемый объект помещается между катодом и анодом. Скорость распыления металлов неодинакова у разных металлов. Только металлы с большой скоростью распыления можно применять для осаждения в промышленных целях. В табл. 11 приведена скорость распыления различных металлов при на-
72 -
пряжении на катоде в 7/0 в и плотности тока в 7 ма/см2. Распыление велось в атмосфере водорода.
¦Таблица 11
Скорость распыления металлов
Название металла I Скорость 1 распыления, | мг/а-ч Название металла Скорость распыления, мг/а-ч Название металла Скорость распыления, мг/а-ч
Висмут .... 1470 Цинк 340 Молибден . . . 56
Теллур .... 1200 Углерод 262 Марганец .... 38
Мышьяк . . . 1100 Олово 196 Кадмий 32
Сурьма .... 890 Железо 68 Алюминий . . . 29
Серебро . . . 740 Никель . ... 65 Хром 27
Золото .... 460 Вольфрам .... 57 Тантал 16
Палладий . . . 400 Кобальт 56 Магний 9
Распыление не имеет места при напряжении ниже критического, равного примерно 400 в. Выше этого предела распыление увеличивается линейно с увеличением напряжения и плотности тока.
На практике применяется напряжение от 1,2 до 10 кв и плотность тока от 0,1 до 1 ма/см2. Для распыления используют постоянный ток. Чем ближе напряжение к критическому, тем меньше распыление и тем больше энергии расходуется в виде тепла.
Экспериментально было найдено, что распыление можно усилить, если применять светящийся электрический разряд в атмосфере газа с высоким атомным весом или в атмосфере аргона, способствующего наибольшей скорости распыления.
Некоторые металлы совсем нельзя распылять в кислороде, хотя они медленно распыляются в атмосфере водорода. Это объясняется тем, что поверхность катода защищена от окисления. Окисление, очень мешающее распылению, может быть даже у благородных металлов, таких, как платина и палладий, и если инертный газ в процессе распыления не применяется, покрытие загрязняется. Присутствие в камере во время распыления паров воды, бензина, масла и т. п. также приводит к получению негодных покрытий. Для удовлетворительного распыления большинства металлов скорость откачивания воздуха из камеры должна соответствовать скорости поступления
73
инертного газа в камеру для поддержания требующейся низкой концентрации кислорода. Только золото распыляется в воздухе не загрязняясь, но при некоторых условиях даже на этот металл действует разряд кислорода.
