Problème courant
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En production réelle, de nombreux-utilisateurs finaux rencontrent un problème typique :
* Arcs fréquents pendant la pulvérisation
* Augmentation de la taille des particules dans le film
* Taux de formation de film instable
* Faible utilisation de la cible
* Fissuration anormale sur la surface cible
* Mauvaise consistance du film -
La première réaction de nombreux clients est d'ajuster les paramètres de l'équipement, mais la réalité est la suivante :
Plus de 60 % des problèmes de pulvérisation anormaux ne proviennent pas de l'équipement, mais de la cible de pulvérisation elle-même.
Cela est particulièrement vrai pour les cibles en zirconium, dont les propriétés métalliques réactives les rendent extrêmement sensibles à la pureté, à la microstructure et aux processus de fabrication.
Cet article analysera plusieurs facteurs fondamentaux affectant la stabilité de pulvérisation des cibles en zirconium du point de vue de l’ingénierie des matériaux.
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La pureté n’est pas seulement un « jeu de chiffres ».
Les cibles de pulvérisation de zirconium courantes sur le marché ont les puretés suivantes :
*Zr 99,5%
*Zr 99,9%
*Zr 99,95%
*Zr 99,99%
De nombreux responsables des achats pensent :
"Plus la pureté est élevée, mieux c'est."
Mais ce n’est pas le cas.
Ce qui affecte réellement la stabilité de la pulvérisation n'est pas seulement la pureté totale, mais également la capacité à contrôler les impuretés clés telles que :
* Oxygène (O)
* Azote (N)
* Carbone (C)
* Fer (Fe)
* Hafnium (Hf)
et d'autres éléments d'impuretés critiques.
II. La teneur en oxygène est un facteur clé affectant la stabilité de la cible de zirconium
Le zirconium est un métal très réactif et extrêmement sensible à l'oxygène.
Si la teneur en oxygène dans une cible en zirconium est trop élevée, cela entraînera :
* Formation de phases isolantes localisées
* Accumulation de charge de surface cible
* Augmentation des pertes anormales
* Augmentation de la fréquence de l'arc
Se manifeste finalement par :
* Augmentation du nombre de particules de film
* Diminution du rendement
* Augmentation de la contamination des cavités
Ce problème est particulièrement prononcé dans les procédés de pulvérisation magnétron DC.
Par conséquent, pour les-applications de couches minces haut de gamme :
* La teneur en oxygène doit généralement être contrôlée en dessous de 1 000 ppm
* Certaines-applications haut de gamme nécessitent même moins de 300 ppm.
C'est aussi pourquoi :
Les cibles en zirconium ayant la même pureté nominale de 99,9 % peuvent avoir des durées de vie réelles et une stabilité de pulvérisation très différentes.
II. La structure des grains détermine l'uniformité du film
De nombreux clients se concentrent uniquement sur la composition chimique mais négligent la microstructure.
En réalité :
La taille des grains et l’uniformité de la microstructure affectent directement la distribution du taux de pulvérisation.
Si les grains sont grossiers ou ont une texture importante :
Cela conduira à :
* Taux de pulvérisation incohérents dans certaines zones
* Érosion inégale de la cible
* Usure anormale dans les régions du champ magnétique
* Détérioration de l'uniformité de l'épaisseur du film
Cet effet est encore plus prononcé pour les cibles rotatives de grande-taille.
IV. Pourquoi les cibles en zirconium à haute-densité sont-elles plus stables ?
La porosité interne du matériau cible est source de nombreuses anomalies.
Les cibles en zirconium à faible-densité présentent généralement :
* Microporosité
* Gaz résiduel
* Accumulation de chaleur localisée
Dans des conditions de-puissance élevée :
Ces domaines sont susceptibles de se développer :
* Micro-décharge
* Fissuration thermique
* Écaillage localisé
Par conséquent, les-cibles en zirconium haut de gamme utilisent généralement :
* Arrêt sous vide (VAR)
* Processus de forgeage à chaud
* HIP (pressage isostatique à chaud)
pour améliorer la densité des matériaux.
Cibles en zirconium de haute-qualité dans l'industrie :
Nécessite généralement :
* Densité relative supérieure ou égale à 99 % de densité théorique
Sinon, même si la pulvérisation réussit au départ, des problèmes de stabilité risquent de survenir plus tard.
V. Le processus de liaison est souvent sous-estimé
De nombreux clients se concentrent sur le corps cible mais négligent la liaison de la feuille arrière.
En réalité :
L’échec d’une cible n’est souvent pas un « problème matériel », mais un « problème de gestion thermique ».
Si la couche de liaison présente :
* Les vides
* Délaminage local
* Conductivité thermique inégale
Cela conduira à :
* Élévation de température localisée sur la surface cible
* Concentration de contrainte thermique
Risque accru de fissuration
Les méthodes de liaison courantes comprennent :
Caractéristiques du processus
Liaison indium : bonne conductivité thermique, adaptée aux processus à basse-température
Liaison élastomère : Forte capacité de tamponnage des contraintes
Liaison par diffusion : force de liaison élevée, adaptée aux applications à haute-puissance
Différents équipements et conditions d'alimentation ont des exigences complètement différentes en matière de schémas de liaison.
Conclusion
Pour les procédés PVD :
Les cibles de pulvérisation de zirconium ne sont pas de simples « consommables ».
Il s’agit essentiellement :
matériaux de base affectant la qualité du film, la stabilité de l'équipement et le rendement de production.
Les cibles de pulvérisation de zirconium véritablement stables reposent sur :
* Contrôle de la pureté des matériaux
* Conception de microstructures
* Processus de densification
* Capacités de gestion thermique
* Un système qualité complet
Pour les-utilisateurs finaux :
Lors de l’achat de cibles de pulvérisation de zirconium, le prix ne doit pas être le seul facteur à prendre en compte.
Concentrez-vous davantage sur :
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