خصائص ومتطلبات أهداف الرش الخزفي

ولتعزيز كفاءة الرش وضمان جودة الأغشية المترسبة، أظهرت تجارب مستفيضة أن هناك متطلبات محددة لأهداف الرش السيراميكي:

نقاء أهداف فرش السيراميك تؤثر بشكل كبير على أداء الأفلام المرتشحة. ويؤدي النقاء العالي في الأهداف الخزفية إلى توحيد واتساق أفضل في ترسيب الأفلام على دفعات. ومع التطور السريع لصناعة أشباه الموصلات، حيث وصل حجم رقائق السليكون إلى 12 بوصة وتقلصت عرض الأسلاك إلى 0.13 ميكرومتر، هناك متطلبات صارمة لتوحيد الأغشية المترسبة. على سبيل المثال، يجب أن يكون نقاء الأهداف الخزفية أكبر من 4N. أهداف ITO (أكسيد القصدير الإنديوم) المستخدمة في لوحات العرض تتطلب أيضا نقاء عال، مع كل من In2O3 و Sn2O3 تتطلب نقاء يتجاوز 4N. وفي حالة الأهداف الخزفية للأغشية المغنطيسية، يلزم أن يكون نقاء النيوتن على الأقل. ويمكن أن تكون الشوائب الموجودة داخل هدف الرش بمثابة المصدر الرئيسي للتلوث في الأغشية المترسبة. على سبيل المثال، أيونات المعادن القلوية (Na+, K+) يمكن أن تصبح أيونات متحركة داخل طبقات العزل (SiO2)، أداء مهين، ويجب أن يبقى محتواها أقل من 0.01 جزء في المليون (بالوزن).

لتقليل وجود المسام في أهداف الرش السيراميكي وتحسين أداء الفيلم، يتطلب عموما كثافة هدف عالية. والكثافة المستهدفة لا تؤثر على معدل الترسيب أثناء الرش فحسب، بل تؤثر أيضا على الخصائص الكهربائية والبصرية للرقائق المرتشحة. تؤدي الأهداف الأكثر كثافة إلى زيادة كثافة الجسيمات أثناء الرفرفة، وانخفاض ظاهرة التفريغ، وتحسين أداء الفيلم. وعلاوة على ذلك، زيادة هدف#39;s كثافته وقوته تسمح له بتحمل الضغوط الحرارية أثناء عملية الرفرفة. وبالتالي، فإن تحسين كثافة الهدف هو تكنولوجيا رئيسية في إنتاج أهداف رش السيراميك.

لضمان الاتساق في الأغشية المنتفخة، وخاصة في تطبيقات الطلاء واسعة النطاق المعقدة، فمن الضروري أن يكون هناك اتساق جيد في تكوين وبنية الأهداف المنتفخة. وهذا مؤشر هام على جودة الهدف الخزفي. على سبيل المثال، تتطلب أهداف ITO تركيبات موحدة من In2O3 و SnO2، مع نسب مثل 93:7 أو 91:9 (النسبة الجزيئية) لضمان الجودة. التركيب الدقيق#كما أن لتماثل أهداف الرفرفة تأثير كبير على معدلات الترسيب وجودة الأفلام وتوزيع السمك أثناء الرفرفة. وقد أظهرت الأبحاث أن الأهداف المرفرفة ذات الهياكل ذات الحبيبات الدقيقة تؤدي إلى معدلات ترسيب أعلى من تلك ذات الهياكل ذات الحبيبات الخشنة. لذلك، عندما توزيع الحبوب على هدف#سطح 39;s غير مستو، يؤدي إلى سمك غير موحد للغشاء.

إعداد أهداف الرش الخزفي

يتبع إنتاج أهداف رش السيراميك العملية الموضحة في الشكل 1. وبالإضافة إلى الرقابة الصارمة على نقاء وتكوين المواد الخام وأبعاد تصميم المواد المقولبة، من الضروري مراقبة المادة#طرق تشكيل وتلبيد 39. وتشمل طرق التشكيل الشائعة الضغط الجاف والضغط التعادلي البارد. قد يواجه الضغط الجاف تحديات في إنتاج أهداف كبيرة الحجم، مع قضايا مثل تآكل العفن، والمعالجة المعقدة، وكثافة الهدف غير المتكافئة، وإمكانية التشقق والتفكك. من ناحية أخرى، يوفر الضغط المساوي للكثافة الباردة مزايا في الإنتاج المستهدف عالي الكثافة بسبب راحته في صنع العفن، ولكن متطلبات النقاء العالي للأهداف الخزفية قد تتطلب إضافة مساعدات تلبيس. باستخدام هذه الطريقة، يحدث التلبد في درجات حرارة عالية (تحت أجواء الأكسجين النقي)، مما يؤدي إلى أهداف فرش السيراميك O مع كثافة واضحة تصل إلى 95 ٪ من الكثافة النظرية. في عملية التشكيل، يعد الضغط المسبق عاملاً حاسمًا أيضًا. يؤدي الضغط المسبق المنخفض إلى انخفاض الكثافة المستهدفة، والتي تكون مناسبة للتلبيد، ولكنها تقلل من القوة الميكانيكية ويمكن أن تؤدي إلى كسور، والتي لا تؤدي إلى عمليات الأغشية الرقيقة.

يتم تحقيق غمر الأهداف الخزفية عادة من خلال طرق مثل التلبيد غير المضغوط والضغط المتساوي الساكن الساخن والتلبيد الجوي المتحكم فيه. ومن بينها، يجمع الضغط الساكن الساخن بين مزايا الضغط الساخن والضغط الساكن. تتضمن هذه الطريقة الضغط على المسحوق في حالة اللدونة الحرارية، مما يؤدي إلى مقاومة تشوه منخفضة، ووقت تشكيل أقصر، وتحكم أفضل في نمو الحبوب. وهي الطريقة الأساسية لإنتاج أهداف رش السيراميك عالي الكثافة. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة تتطلب معدات باهظة الثمن ولها إنتاجية محدودة. يتم تثبيت أهداف المواد غير الأكسيدية مثل Si3N4 و SiC في أجواء النيتروجين والغاز الخامل لمنع الأكسدة.

درجة حرارة التدفئة، ومعدل التسخين، ومعدل التبريد، والغلاف الجوي التدفئة كلها عوامل حاسمة تؤثر على أداء الهدف. يمكن أن يؤدي الارتفاع المفرط في درجات حرارة التلبد إلى انصهار أو الإفراط في تلبد مواد معينة داخل الهدف، مما يؤثر على معالجات الأكسجين اللاحقة وتحولات الطور. وعلى العكس من ذلك، يمكن أن يؤدي التلبد في درجة حرارة منخفضة للغاية إلى مشاكل في كثافة الهدف. يمكن أن تحسن عمليات التبريد البطيئة والمعالجات الجوية ذات درجة الحرارة العالية بشكل فعال من جودة YBCO الأهداف فائقة التوصيل ذات درجة الحرارة العالية، ومنع قضايا مثل التلبيد غير الكامل بسبب تحول المرحلة، وتشوه الهدف، والتشقق الدقيق على سطح الهدف، وحتى كسر الهدف. استخدم باحثون من معهد بكين العام للأبحاث للمعادن غير الحديدية، على سبيل المثال، ضغوطًا مسبقة من 20-40 ميجا باسكال/سم 2، ودرجات حرارة ملبدة من 950-980 درجة مئوية لمدة 10-15 ساعة، ومعدل تبريد بطيء من 5 درجات مئوية/دقيقة للحصول على أهداف فائقة الموصلية ذات درجة حرارة عالية عالية الأداء.

ويتطلب إعداد الملاط الخزفي استخدام خرزات أكسيد الزركونيا شديدة التحمل بسبب فترات الطحن الطويلة في طاحونة الرمال.