偏壓(Bias)是指在鍍膜過程中施加(jiā)在基體上的負電壓。偏(piān)壓電源的正極接到真空室上(shàng),同時真空室接地,偏壓的負極接到工件上。由於大地的電(diàn)壓一般認為(wéi)是(shì)零電位,所以工件上的電壓習慣說負偏壓,簡稱偏壓。
負偏壓的作用提供粒子能量;
對(duì)於基片的加熱效應(yīng);
清除基片上吸附的氣體(tǐ)和油汙等,有(yǒu)利於提高膜層(céng)結合強度;
活化基體表麵;
對電弧離子鍍(Arc Ion Plating)中的大(dà)顆粒有淨化作用;
偏壓的分類根(gēn)據波形可分為:
直流偏(piān)壓
直流脈衝偏壓
直流(liú)疊加脈衝偏(piān)壓
雙極性脈衝(chōng)偏壓(yā)
直流偏壓和脈衝偏壓的比較
傳統的電弧離子鍍是在(zài)基片台上施(shī)加直流負偏壓控製離子轟擊能量, 這種沉積工藝存在以下缺點:
基體溫升高, 不利於在回火(huǒ)溫度低的(de)基體上沉積硬質膜。
高能離子轟擊造成嚴重的濺射, 不能簡單通過(guò)提高(gāo)離子轟擊(jī)能量合成高反應閾能的硬質薄(báo)膜。
直流偏壓電弧離子鍍工藝(yì)中,為了(le)抑製因離子對基體表麵連續轟擊而導致(zhì)的基體溫度過高,主要采取減少沉積功率、縮短沉積時間、采用間歇沉積方式等措施來降低沉積溫度,這些措施可以概括地稱為能量控製法'這種方法雖然(rán)可以降低沉積溫度,但也使薄(báo)膜的某些性能下降,同時還(hái)降低了生產效率和薄(báo)膜質量的穩定性,因此,難以推廣應用。
脈衝偏壓電弧離子鍍工藝中,由於離子是以非連續的脈衝(chōng)方式轟擊基體(tǐ)表麵,所以通過調節脈衝偏壓(yā)的占空比,可改變基體內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(guǒ),達到調控沉積溫度的目(mù)的。這樣就可(kě)以把施加偏壓的脈衝高度與工件溫度獨立分開(互不影響或影響很小)調節,利用高壓脈衝來獲得高能離子的轟擊(jī)效應以(yǐ)改善薄膜的組織和性能,通過降(jiàng)低占(zhàn)空比來減小(xiǎo)離子轟擊的總加(jiā)熱(rè)效應(yīng)以降低沉積溫度。
偏壓對膜層的影響
偏壓對膜層的影響機製(zhì)是很複雜的,下麵(miàn)列(liè)出了一些主要影響,可以根據自己的使用工藝(yì),觀察總結,就可以很快摸清偏壓對膜層的影響規(guī)律。
膜層結構、結晶構造取向、組織結構
沉積速率
大顆粒淨(jìng)化
膜層硬度
膜層致密度
表麵形貌
內應力