High-power impulse magnetron sputtering
उच्च-शक्ति आवेग मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग (एच. आई. पी. आई. एम. एस. या एच. आई. पी. आई. एम. एस., जिसे उच्च-शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग, एच. पी. पी. एम. एस. के रूप में भी जाना जाता है) पतली फिल्मों के भौतिक वाष्प निक्षेपण के लिए एक विधि है जो मैग्नेट्रॉन स्पटर निक्षेपण पर आधारित है। एच. आई. पी. आई. एम. एस. 10 प्रतिशत से कम के कम शुल्क चक्र (चालू/बंद समय अनुपात) पर दसियों माइक्रोसेकंड की छोटी दालों (आवेगों) में के. डब्ल्यू. सी. एम.-2 के क्रम की अत्यधिक उच्च शक्ति घनत्वों का उपयोग करता है। एच. आई. पी. आई. एम. एस. की विशिष्ट विशेषताओं में छिटपुट धातु का उच्च स्तर का आयनीकरण और आणविक गैस पृथक्करण की उच्च दर है जिसके परिणामस्वरूप जमा फिल्मों का उच्च घनत्व होता है। आयनीकरण और पृथक्करण की डिग्री शिखर कैथोड शक्ति के अनुसार बढ़ती है। सीमा चमक से चाप चरण में निर्वहन के संक्रमण द्वारा निर्धारित की जाती है। शिखर शक्ति और शुल्क चक्र का चयन किया जाता है ताकि पारंपरिक स्पटरिंग (1-10 W ⋅ cm−2) के समान औसत कैथोड शक्ति बनाए रखी जा सके। एच. आई. पी. आई. एम. एस. का उपयोग निम्न के लिए किया जाता हैः उच्च सूक्ष्म संरचना घनत्व के साथ पतली फिल्मों के कोटिंग निक्षेपण (सब्सट्रेट इचिंग) निक्षेपण से पहले सब्सट्रेट के पूर्व-उपचार को बढ़ाने के लिए एच. आई. पी. आई. एम. एस. प्लाज्मा निर्वहन एच. आई. पी. आई. एम. एस. प्लाज्मा एक चमक निर्वहन द्वारा उत्पन्न होता है जहां निर्वहन वर्तमान घनत्व कई ए. सी. एम.-2 तक पहुंच सकता है, जबकि निर्वहन वोल्टेज कई सौ वोल्ट पर बनाए रखा जाता है। निर्वहन कैथोड (लक्ष्य) की सतह पर सजातीय रूप से वितरित किया जाता है, हालांकि वर्तमान घनत्व की एक निश्चित सीमा से ऊपर यह संकीर्ण आयनीकरण क्षेत्रों में केंद्रित हो जाता है जो लक्ष्य कटाव "रेसट्रैक" के रूप में जाने वाले मार्ग के साथ आगे बढ़ते हैं। एच. आई. पी. आई. एम. एस. 1013 आयनों के क्रम का एक उच्च घनत्व प्लाज्मा उत्पन्न करता है जिसमें लक्षित धातु आयनों के उच्च अंश होते हैं। मुख्य आयनीकरण तंत्र इलेक्ट्रॉन प्रभाव है, जो आवेश विनिमय, प्रसार और फ्लेयर्स में प्लाज्मा निकास द्वारा संतुलित होता है। आयनीकरण दर प्लाज्मा घनत्व पर निर्भर करती है। धातु वाष्प की आयनीकरण डिग्री निर्वहन के चरम वर्तमान घनत्व का एक मजबूत कार्य है। उच्च धारा घनत्वों पर, 2 + और उससे अधिक चार्ज वाले स्पटर्ड आयन-V के लिए 5 + तक-उत्पन्न किए जा सकते हैं। 1 + से अधिक आवेश अवस्थाओं वाले लक्ष्य आयनों की उपस्थिति एक संभावित द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार है जिसमें पारंपरिक चमक निर्वहन में पाए जाने वाले गतिज द्वितीयक उत्सर्जन की तुलना में उच्च उत्सर्जन गुणांक होता है। एक संभावित द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की स्थापना निर्वहन की धारा को बढ़ा सकती है। एच. आई. पी. आई. एम. एस. आमतौर पर लक्ष्य और अन्य प्रणाली घटकों के अत्यधिक गर्म होने से बचने के लिए कम शुल्क चक्र के साथ छोटी नाड़ी (आवेग) मोड में संचालित किया जाता है। प्रत्येक नाड़ी में निर्वहन कई चरणों से गुजरता हैः विद्युत टूटने वाली गैस प्लाज्मा धातु प्लाज्मा स्थिर स्थिति, जो तब तक पहुंच सकती है जब धातु का प्लाज्मा गैस प्लाज्मा पर प्रभावी रूप से हावी होने के लिए पर्याप्त घना हो। सब्सट्रेट पर लागू नकारात्मक वोल्टेज (पूर्वाग्रह वोल्टेज) सब्सट्रेट से टकराने वाले सकारात्मक रूप से आवेशित कणों की ऊर्जा और गति की दिशा को प्रभावित करता है। चालू चक्र की अवधि मिलीसेकंड के क्रम पर होती है। क्योंकि शुल्क चक्र छोटा (<10 प्रतिशत) है, केवल कम औसत कैथोड शक्ति परिणाम (1-10 kW) है। लक्ष्य "बंद समय" के दौरान ठंडा हो सकता है, जिससे प्रक्रिया की स्थिरता बनी रहती है। एच. आई. पी. आई. एम. एस. को बनाए रखने वाला निर्वहन एक उच्च-वर्तमान चमक निर्वहन है, जो क्षणिक या अर्धस्थायी है। प्रत्येक नाड़ी एक महत्वपूर्ण अवधि तक एक चमक बनी रहती है जिसके बाद यह एक चाप निर्वहन में परिवर्तित हो जाती है। यदि नाड़ी की लंबाई को महत्वपूर्ण अवधि से नीचे रखा जाता है, तो निर्वहन अनिश्चित काल तक स्थिर तरीके से संचालित होता है। 2008 में तेज कैमरा इमेजिंग द्वारा प्रारंभिक टिप्पणियों को स्वतंत्र रूप से दर्ज किया गया था, बेहतर सटीकता के साथ प्रदर्शित किया गया था, और यह प्रदर्शित करने की पुष्टि की गई थी कि अधिकांश आयनीकरण प्रक्रियाएं स्थानिक रूप से बहुत सीमित आयनीकरण क्षेत्रों में होती हैं। प्रवाह वेग को 104 मीटर/सेकंड के क्रम में मापा गया था, जो इलेक्ट्रॉन प्रवाह वेग का केवल 10 प्रतिशत है। मोटर वाहन के पुर्जों, धातु काटने के उपकरणों और सजावटी फिटिंग जैसे यांत्रिक घटकों पर पतली फिल्मों के जमा होने से पहले प्लाज्मा वातावरण में एच. आई. पी. आई. एम. एस. सब्सट्रेट प्रीट्रीटमेंट द्वारा सब्सट्रेट प्रीट्रीटमेंट की आवश्यकता होती है। सब्सट्रेट एक प्लाज्मा में डूबे हुए हैं और कुछ सौ वोल्ट के उच्च वोल्टेज के लिए पक्षपाती हैं। यह उच्च ऊर्जा आयन बमबारी का कारण बनता है जो किसी भी प्रदूषण को दूर कर देता है। ऐसे मामलों में जब प्लाज्मा में धातु के आयन होते हैं, तो उन्हें कुछ एनएम की गहराई तक सब्सट्रेट में प्रत्यारोपित किया जा सकता है। एच. आई. पी. आई. एम. एस. का उपयोग उच्च घनत्व और धातु आयनों के उच्च अनुपात वाले प्लाज्मा को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। क्रॉस-सेक्शन में फिल्म-सब्सट्रेट इंटरफेस को देखते समय, एक साफ इंटरफेस देखा जा सकता है। एपिटैक्सी या परमाणु रजिस्ट्री एक नाइट्राइड फिल्म के क्रिस्टल और एक धातु सब्सट्रेट के क्रिस्टल के बीच विशिष्ट है जब एच. आई. पी. आई. एम. एस. का उपयोग पूर्व उपचार के लिए किया जाता है। एच. आई. पी. आई. एम. एस. का उपयोग पहली बार फरवरी 2001 में ए. पी. एहियासेरियन। प्रीट्रीटमेंट के दौरान सबस्ट्रेट बायसिंग उच्च वोल्टेज का उपयोग करता है, जिसके लिए उद्देश्य-डिज़ाइन किए गए चाप का पता लगाने और दमन तकनीक की आवश्यकता होती है। समर्पित डी. सी. सब्सट्रेट बायसिंग इकाइयाँ सबसे बहुमुखी विकल्प प्रदान करती हैं क्योंकि वे सब्सट्रेट इचिंग दरों को अधिकतम करती हैं, सब्सट्रेट क्षति को कम करती हैं, और कई कैथोड वाली प्रणालियों में काम कर सकती हैं। एक विकल्प मास्टर-स्लेव विन्यास में समक्रमित दो एच. आई. पी. आई. एम. एस. बिजली आपूर्ति का उपयोग हैः एक निर्वहन स्थापित करने के लिए और एक एच. आई. पी. आई. एम. एस. द्वारा एक स्पंदित सब्सट्रेट बायस थिन-फिल्म निक्षेपण का उत्पादन करने के लिए। एच. आई. पी. आई. एम. एस. द्वारा तांबे की फिल्मों के निक्षेपण की सूचना पहली बार वी. कौज़नेत्सोव द्वारा 1 माइक्रोन व्यास को 1:1.2 संक्रमण धातु नाइट्राइड (सी. आर. एन.) पतली फिल्मों को भरने के आवेदन के लिए एच. आई. पी. आई. एम. एस. द्वारा पहली बार फरवरी 2001 में ए. पी. द्वारा जमा की गई थी। एहियासेरियन। टी. ई. एम. द्वारा एच. आई. पी. आई. एम. एस. द्वारा जमा की गई फिल्मों की पहली गहन जांच में बड़े पैमाने पर दोषों से मुक्त एक घनी सूक्ष्म संरचना का प्रदर्शन किया गया। फिल्म में उच्च कठोरता, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और कम स्लाइडिंग पहनने का गुणांक था। इसके बाद एच. आई. पी. आई. एम. एस. हार्डवेयर के व्यावसायीकरण ने प्रौद्योगिकी को व्यापक वैज्ञानिक समुदाय के लिए सुलभ बना दिया और कई क्षेत्रों में विकास को गति दी। प्रतिक्रियाशील एच. आई. पी. आई. एम. एस. इसी तरह जो पारंपरिक प्रतिक्रियाशील स्पटर निक्षेपण प्रक्रिया में देखा जाता है, एच. आई. पी. आई. एम. एस. का उपयोग कई सब्सट्रेट पर ऑक्साइड या नाइट्राइड-आधारित फिल्मों को प्राप्त करने के लिए भी किया गया है, जैसा कि नीचे दी गई सूची में देखा गया है। हालाँकि, चूंकि यह इन विधियों की विशेषता है, इस तरह के बयानों के प्रदर्शन में महत्वपूर्ण हिस्टैरिसीस होता है और इष्टतम संचालन बिंदुओं का निरीक्षण करने के लिए सावधानीपूर्वक जांच करने की आवश्यकता होती है। प्रतिक्रियाशील एच. आई. पी. आई. एम. एस. के महत्वपूर्ण अवलोकन ए. एंडर्स और कुबार्ट और अन्य लोगों द्वारा प्रकाशित किए गए। जमा करने के उदाहरण निम्नलिखित सामग्रियों को एच. आई. पी. आई. एम. एस. द्वारा सफलतापूर्वक जमा किया गया हैः क्षरण प्रतिरोधीः सी. आर. एन./एन. बी. एन. नैनोस्केल बहुस्तरीय ऑक्सीकरण प्रतिरोधीः सी. आर. ए. एल. वाई. एन./सी. आर. एन. नैनोस्केल बहुस्तरीय, टी. आई.-ए. एल.-सी. एन., सी. आर.-ए. एल.-सी. एन. नैनोकंपोजिट ऑप्टिकलः ए. जी., टी. आई. ओ. 2, जेड. एन. ओ., आई. एन. एस. एन. ओ., जेड. आर. ओ. 2, क्यू. आई. एन. जी. ए. एस. ई. मैक्स चरणः पहली एच. आई. पी. आई. एम. एस. परत इकाइयाँ 2006 में बाजार में दिखाई दीं। एप्पल आईफोन 12 प्रो का स्वर्ण संस्करण संरचनात्मक स्टेनलेस स्टील बैंड पर इस प्रक्रिया का उपयोग करता है जो डिवाइस के एंटीना सिस्टम के रूप में भी काम करता है। लाभ एच. आई. पी. आई. एम. एस. कोटिंग्स के मुख्य लाभों में एक सघन कोटिंग आकृति विज्ञान और पारंपरिक पी. वी. डी. कोटिंग्स की तुलना में यंग के मापांक के लिए कठोरता का बढ़ा हुआ अनुपात शामिल है। जबकि तुलनीय पारंपरिक नैनो-संरचित कोटिंग्स में 25 जी. पी. ए. की कठोरता और 460 जी. पी. ए. का यंग का मापांक होता है, नए एच. आई. पी. आई. एम. एस. कोटिंग की कठोरता 368 जी. पी. ए. के यंग के मापांक के साथ 30 जी. पी. ए. से अधिक होती है। कठोरता और यंग के मापांक के बीच का अनुपात कोटिंग के कठोरता गुणों का एक माप है। वांछनीय स्थिति अपेक्षाकृत छोटे यंग के मापांक के साथ उच्च कठोरता है, जैसे कि एच. आई. पी. आई. एम. एस. कोटिंग्स में पाया जा सकता है। हाल ही में, बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए एच. आई. पी. आई. एम. एस. लेपित सतहों के अभिनव अनुप्रयोगों की सूचना आर. टी. एम. आई. एट अल द्वारा दी गई थी। प्लाज्मा (भौतिकी) लेखों की सूची भी देखें संदर्भ आगे पढ़ने के लिए बाहरी लिंक https://www.cemecon.de/us-en/coating-plants/cc-800-hipims http://www.advanced-energy.com/en/SOLVIX.html http://materials.shu.ac.uk/ncpvd http://www.ifm.liu.se/plasma/reshppms.html http://www.melec.de http://www.ionautics.com http://www.starfireindustries.com/impulsetrade-pulsed-power-module.html कोटिंग्स सामग्री विज्ञान प्लाज्मा प्रौद्योगिकी और अनुप्रयोग