磁控濺射鍍膜膜厚均勻性設計方法

2011-03-02 宋青竹 沈陽真空技術研究所

  鍍膜工藝中的薄膜厚度均勻性問題是實際生產中十分關注的。本文在現有的理論基礎之上,對濺射鍍膜的綜合設計方法進行了初步的建立和研究,系統的建立可以采用“整體到部分,再到整體”這一動態設計理念,不斷完善設計方法,并將設計方法分為鍍膜設備工程設計、鍍膜工藝設計和計算機數值仿真三大部分。鍍膜設備工程設計、鍍膜工藝設計及二者的數值仿真這三者之間是相輔相成的,鍍膜設備工程設計決定鍍膜工藝過程的實現,鍍膜工藝促進鍍膜設備的升級,而高性能的計算機仿真設計給兩者的設計提供了強有力的支持。

  磁控濺射鍍膜是現代工業中不可缺少的技術之一,磁控濺射鍍膜技術正廣泛應用于透明導電膜、光學膜、超硬膜、抗腐蝕膜、磁性膜、增透膜、減反膜以及各種裝飾膜,在國防和國民經濟生產中的作用和地位日益強大。鍍膜工藝中的薄膜厚度均勻性,沉積速率,靶材利用率等方面的問題是實際生產中十分關注的。解決這些實際問題的方法是對涉及濺射沉積過程的全部因素進行整體的優化設計,建立一個濺射鍍膜的綜合設計系統。薄膜厚度均勻性是檢驗濺射沉積過程的最重要參數之一,因此對膜厚均勻性綜合設計的研究具有重要的理論和應用價值。

  磁控濺射技術發展過程中各項技術的突一般集中在等離子體的產生以及對等離子體進行的控制等方面。通過對電磁場、溫度場和空間不同種類粒子分布參數的控制,使膜層質量和屬性滿足各行業的要求。

  膜厚均勻性與磁控濺射靶的工作狀態息息相關,如靶的刻蝕狀態,靶的電磁場設計等,因此,為保證膜厚均勻性,國外的薄膜制備公司或鍍膜設備制造公司都有各自的關于鍍膜設備(包括核心部件“靶”)的整套設計方案。同時,還有很多專門從事靶的分析、設計和制造的公司,并開發相關的應用設計軟件,根據客戶的要求對設備進行優化設計。國內在鍍膜設備的分析及設計方面與國際先進水平之間還存在較大差距。

  因此,建立濺射鍍膜綜合設計系統是勢在必行的。系統的建立可按照由整體綜合設計展開到部分設計,然后,再由部分設計逐步深入到整體綜合設計,即“整體到部分,再到整體”這一動態設計理念,不斷完善設計系統。將濺射鍍膜所涉及的重要因素列舉出來,找出它們之間的內在聯系,進而建立濺射鍍膜綜合設計系統,在此基礎上進行膜厚均勻性研究,并為后期轉化為設計系統軟件做鋪墊,來實現制備薄膜均勻性好的大面積薄膜,為生產提供有力的保障。

2.3、數值仿真設計

  將工程和工藝設計運用計算機模擬,再現濺射沉積過程,并將設計的結果進行顯示和分析以優化工程和工藝設計,見圖4。

  工程設計可以實現參數化設計:利用已有商業軟件:Pro/E,UG,Ansys 等進行二次開發。工藝設計是在自行設計或利用已有的軟件上模擬濺射過程以進行工藝分析和優化,并分析機械結構對工藝的影響。

  將設計過程開發成通用的設計軟件,實現機械結構(工程設計的一部分)三維建模及機械綜合性能分析,工藝過程的實時模擬及電磁場、熱場、粒子空間分布等分析,以及將仿真模擬過程的可視化,供優化工藝和機械結構使用。能夠與其它軟件之間的進行數據交換。

  進一步的發展就是將整個設計過程從部分設計轉移到整體設計,最大限度的排除人為因素。開發帶有專家系統、參數化設計、自動控制檢測及遠程操作等功能的智能軟件系統。鍍膜設備的工程設計、鍍膜工藝的設計及二者的計算機數值仿真這三者之間是相輔相成的:鍍膜設備決定鍍膜工藝過程的實現,鍍膜工藝促進鍍膜設備的升級,而高性能的計算機仿真設計給兩者的設計提供了強有力的支持。