Гальванопластика в промышленности - Казначей Б.Я.
Скачать (прямая ссылка):
Чем ниже давление светящегося разряда, тем меньше столкновений между газом и молекулами металла и тем меньший процент металла возвращается к поверхности катода. Поэтому, если позволить распыляющемуся металлу диффундировать через светящийся разряд, то осаждение будет обратно пропорционально давлению и расстоянию от покрываемой поверхности. С понижением давления длина темного пространства катода увеличивается; так как покрываемую поверхность, во избежание перегрева пленки, необходимо помещать за границей темного пространства, то скорость осаждения уменьшается.
В случаях, когда катод и покрываемая поверхность имеют ограниченные размеры и параллельны друг другу, толщина осадка уменьшается на краях вследствие потерь в результате боковой диффузии. Однородность толщины в большинстве случаев зависит от отношения диаметра катода (D) к диаметру покрываемой поверхности (cf). Чем 'больше отношение D : d, тем больше однородность осадка.
Катоды, применяемые при распылении, можно разделить на две группы: а) пластины и б) проволока.
Проволочные катоды дают большую скорость осаждения, чем пластины. Увеличение скорости распада проволоки по сравнению с пластинами частично можно объяснить более высокой температурой катода, так как проволочные катоды вследствие того, что масса их меньше, сильнее нагреваются при ионной бомбардировке. На практике с этими катодами трудно работать, так как для получения повышенной скорости их температура должна приближаться к точке плавления.
Опыты, проведенные с водяным охлаждением катода диаметром 450 мм, показали, что 50% поглощаемой электрической энергии выделяется в виде тепла на катоде. Водяное охлаждение позволяет металлизировать поверхности, чувствительные к нагреванию, и одновременно подводить большее количество энергии.
Время, потребное на металлизацию, затрачивается на загрузку, создание разрежения, на собственно распыление и разгрузку, т. е. равно примерно 25—30 минутам.
Расстояние между поверхностью диска и катодом не должно быть слишком мало, так как в этом случае потребуется много времени для получения той же толщины слоя.
Ю. П. Маслаковец [21] указывает, что самым характерным свойством тонких металлических слоев, полученных катодным распылением, является неустойчивость их омического сопротивления во времени. Омическое сопротивление со временем (2—3 суток) может уменьшаться во много раз. Изменение
74
омического сопротивления пленок во времени и при нагревании указывает на то, что слои, полученные катодным распылением, находятся в неустойчивом состоянии.
Нагревание пленки может вызвать перекристаллизацию слоя и его уплотнение, выделение поглощенного газа и восстановление металла из окислов.
Все эти процессы должны сопровождаться уплотнением слоя.
Тонкие слои металла по своей способности изменять сопротивление после прогревания подобны слоям, сильно загрязненным кислородом.
Удельное сопротивление металлических слоев, полученных методом катодного распыления, значительно больше, чем удельное сопротивление массивного металла, однако, благодаря чрезвычайно хорошему охлаждению металла в тонких слоях, последние могут выдерживать чрезмерные плотности тока при затяжке.
Пленки, нанесенные путем катодного распыления, имеют кристаллическую структуру. Оптические и электрические свойства слоев, нанесенных распылением в вакууме, зависят от толщины слоя. Для определения толщины применяется [22] способ, основанный на измерении интенсивности прошедшего света. Идея метода состоит в том, чтобы измерять толщину тонкого слоя как разность толщины двух толстых слоев. При этом используется явление большого удельного поглощения света металлами в толстых слоях, благодаря которому незначительное изменение толщины толстого слоя вызывает заметное, легко измеримое изменение интенсивности прошедшего света. Метод позволяет улавливать различия в толщине слоя до долей миллимикрона.
На рис. 8 изображена современная установка для распыления металлов в вакууме. Вертикальный, охлаждаемый водой, катод помещен в центре цилиндрической рабочей камеры, причем с этого катода металл распыляется в обе стороны. На каждом конце камеры установлены двери, на которых крепят покрываемые изделия. Двери и камера охлаждаются водой. Для откачивания применяется система из двух насосов — фор-вакуумного и диффузионного. Такая система позволяет поддерживать высокую скорость откачивания во время покрытия материалов, выделяющих газы, а также пополнять потерю инертного газа во время распыления. При объеме камеры в 60 л время откачивания равно 7 минутам.
Давление в камере регулируется при помощи двух кранов — игольчатого и дроссельного. В качестве источника тока применяется ртутный выпрямитель. Предохранительный выключатель отсоединяет высокое напряжение от камеры, если двери ее открыты. В камеру помещают фосфорный ангидрид для улавливания водяных паров.
7П
Испарение металла в вакууме
Способ испарения металла в вакууме известен с 1890 г., но только в последнее время получил исключительно широкое практическое применение.
Р и с. 8. Установка для распыления металлов в вакууме
