Вакуумные электродуговые методы нанесения покрытий.

Преимуществами вакуумных электродуговых методов являются:

Пучки атомов и ионов являются уникальным инструментом нанотехнологии для создания новых покрытий и материалов, в том числе таких,которые невозможно получить другими методами. «Размещая» конкретные атомы в заданном месте решетки твердого тела, «строим» уникальные материалы и покрытия с уникальными свойствами.

Почему плазменные пучки, а не ионные?

Технологии получения покрытий и материалов из моноатомных, моноэнергетических пучков ионов, обладая уникальными возможностями по созданию материалов с различными структурами и свойствами, имееют существенное ограничение по скорости образования покрытий и материалов. Заряженные ионы в пучке отталкиваются друг от друга, что приводит к расширению пучка и уменьшению плотности потока ионов - количества ионов на единицу площади сечения пучка. Следствием чего является уменьшение количества ионов, приходящих на единицу площади подложки, и уменьшению скорости образования покрытий и материалов.

Пучки ионов широко применяются в микроэлектронике для создания сверхтонких структур и покрытий, которые по существу являются двумерными и механически статичными. Для создания 3-D структур, покрытий и материалов толщиной в микроны, десятки и сотни микрон, пучки ионов практически непригодны. Время формирования таких структур может достигать десятков и сотен часов и более. Для широкого практического применения это неприемлемо и в большинстве случаев практически неосуществимо.

Плазма это «смесь» ионов и электронов. Положительный заряд ионов скомпенсирован отрицательным зарядом электронов. В квазинейтральной плазме нет "расталкивания" частиц и уменьшения, за счет этого, плотности потока ионов. Использование потоков плазмы обеспечивает высокие скорости образования покрытий и материалов.

Почему электродуговой метод?

Электродуговой метод обеспечивает получение высокоионизованного пучка плазмы на широком спектре материалов. Электродуговой плазменный пучок сильноионизован - состоит преимущественно из ионизованных (а не нейтральных) атомарных частиц. Для ряда материалов степень ионизации плазмы доходит до 100%. Высокая степень ионизации даеть возможность управлять характеристиками пучка плазмы электрическими и магнитными полями - ускорять и тормозить ионы в пучке плазмы, фокусировать и расфокусировать пучок, транспортировать, поворачивать и сепарировать плазму и т.д. Это позволяет целенаправленно формировать структуру и свойства покрытий и материалов.

Другие PVD-методы (physical vapour deposition) такие как распыление, в том числе магнетронное, испарение материалов электронным или лазерным пучком и т.д. формируют, как правило, паровой поток атомарных частиц или поток с невысокой степенью ионизации. Управлять потоком нейтральных частиц практически невозможно - частицы осаждаются на подложку фактически с теми же характеристиками, с которыми "испарились" из мишени. Процесс формирования структуры и свойств покрытий и материалов слабоуправляем.

Развитие плазменной электродуговой технологии сдерживалось загрязнением пучка плазмы микрочастицами (каплями). Разработанный нами метод CALT SID (Cathodic Arc Low Temperature Separated Ion Deposition) - нанесение покрытий из сепарированной плазмы дугового разряда при низкой температуре - новое направление в электродуговой технологии. Метод основан на получении материалов из широкоапертурного сильноточного сильноионизованного газометаллического пучка плазмы, очищенного от микро- и нейтральных частиц. Метод решает многочисленные проблемы, которые существуют при нанесении покрытий из плазмы дугового разряда.