CZ309606B6

CZ309606B6 - Způsob vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním

Info

Publication number: CZ309606B6
Application number: CZ2021-570A
Authority: CZ
Inventors: Vyskočil Jiří; CSc. Jiří Vyskočil Ing.; Pavel Mareš; Mareš Pavel Ing., Ph.D.; Zdeněk Hubička; Hubička Zdeněk Mgr., Ph.D.; Martin ÄŚada; Drahoslav Tvarog
Original assignee: Fyzikální Ústav Av Čr, V. V. I.; HVM PLASMA, spol. s r.o.; Čada Martin Mgr., Ph.D.; Tvarog Drahoslav Ing.
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-05-10
Also published as: CZ2021570A3

Abstract

Předkládaný vynález se týká způsobu a zařízení pro vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním ve vakuové komoře (6) a zařízení pro povlakování využívající výše uvedeného pulzního magnetronového výboje s obloukovým odpařováním. Způsob obsahuje kroky vytvoření pulzně buzeného magnetronového výboje první pulzní napěťovou jednotkou (9) a zapálení katodového vakuového oblouku (7) druhou pulzní jednotkou (10) vytvářející inicializační pulz, přičemž první a druhá pulzní jednotka (10) jsou paralelně spojené, a způsob dále spočívá v tom, že zapálení katodového vakuového oblouku (7) probíhá během pulzního magnetronového výboje první pulzní napěťové jednotce (10); a že se slučují napěťové pulzy generované pomocí pulzních napěťových jednotek (9) a (10) v modulu přenášející pulzní výboj na magnetronovou katodu (1).

Description

Způsob vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním

Oblast techniky

Vynález spadá do oblasti vytváření pulzního výboje vhodného zejména k přípravě povlaků ve formě tenkých vrstev ve vakuovém prostředí. V jistém provedení se jedná zejména o přípravu kovových, oxidových, nitridových, uhlíkových nebo dalších sloučenin, které jsou nanášeny pomocí fyzikální depozice z par, konkrétněji magnetronového naprašování a obloukového výboje na vybraný substrát. Vynález se ještě konkrétněji týká způsobu vytváření pulzního buzení magnetronového a obloukového vakuového výboje na společné katodě pomocí vhodně zvoleného řízeného napěťového zdroje.

Dosavadní stav techniky

Magnetronové naprašování je v průmyslu široce využívaná technika určená pro nanášení tenkých vrstev na různé podložky. Metoda je řazena mezi tzv. Physical Vapor Deposition (PVD) technologie spočívající na principu kondenzace odpařených nebo odprášených atomů a molekul z vhodného terče na různých površích. K zaručení požadované čistoty takto připravené tenké vrstvy je potřeba, aby PVD metoda pracovala ve vakuu. Detailní popis metody magnetronového naprašování a její aplikací lze nalézt, např. ve stati D. Depla, S. Mahieu, J. E. Greene, Sputter Deposition Processes, Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, Ed. P. M. Martin, Elsevier Inc., Burlington 2010.

Magnetronové naprašování využívá nízkotlakého plazmatu generovaného typicky nad planární katodou, kde zkřížené magnetické a elektrické pole vytvářejí ohraničené intenzivní plazma s typickým katodovým napětím zhruba -300 V. Ve výboji vytvářené kladné ionty jsou urychlovány elektrickým polem směrem ke katodě a zde odprašují materiál terče, který následně difunduje k podložce. Magnetronová katoda může být buzena stejnosměrným (DC) nebo radiofrekvenčním (RF) napětím. V posledních 30 letech se s výhodou také využívá pulzního buzení magnetronové katody, kdy elektrická energie do plazmatu je dodávána cyklicky v pulzech. Tento typ buzení magnetronového výboje přináší výhodu v potlačení nežádoucího náhodného zapalování mikrooblouků na terči během tzv. reaktivního naprašování, kdy se deponuje dielektrická tenká vrstva. Tato skutečnost následně vede k výraznému snížení defektů v deponované tenké vrstvě. Princip činnosti pulzních výbojů je popsán např. ve stati S. Schiller, K. Goedicke, J. Reschke, V. Kirchhof, S. Schneider, F. Milde, Pulsed magnetron sputter technology, Surface and Coatings Technology 61, (1993) 331 až 337.

Dalším rozšířením pulzního DC výboje bylo zavedení vysokovýkonného impulzního magnetronového výboje na konci minulého století. V praxi se pro tento depoziční systém vžila zkratka HiPIMS (High Power Impulze Magnetron Sputtering). Střední výkon dodávaný do plazmatu stále zůstává pod výkonovým destrukčním limitem daného magnetronu, ale výkonová hustota dodávaná do pulzu plazmatu se pohybuje typicky v rozmezí 0,5 až 10 kW/cm². Délka pulzu je obvykle v rozmezí 20 až 500 ps s opakovací frekvencí typicky 100 Hz. Vidíme tedy, že výkon dodávaný do pulzu plazmatu je zhruba o dva řády vyšší než výkon dodávaný do standardního DC magnetronu. Vysokovýkonový impulzní magnetronový výboj se vyznačuje hustotou plazmatu v řádu 10¹⁸ až 10¹⁹ m^-3 v blízkosti katody, což ve výsledku vede k výraznému nárůstu ionizace rozprášených částic terče, které pak mohou být urychleny externím elektrickým polem k substrátu. Rozsáhlý popis HiPIMS systému včetně jeho charakterizace, teoretických východisek a možných průmyslových aplikací může být nalezen v knize High Power Impulze Magnetron Sputtering, Eds. D. Lundin, T. Minea, J. T. Gudmundsson, Elsevier Inc., Amsterdam 2020.

Mnoho provedených experimentů s depozicí tenkých vrstev pomocí HiPIMS v posledních dvaceti letech ukázalo, že HiPIMS výboj poskytuje větší flexibilitu při depozici tenkých vrstev

- 1 CZ 309606 B6 požadovaných parametrů právě díky významně vyšší ionizaci rozprášených částic a také vyšší energii částic dopadajících na substrát, jak je uvedeno ve stati D. Lundin, K. Sarakinos, An introduction to thin film processing using high-power impulse magnetron sputtering, Journal of Material Research 27, (2012) 780 až 792. Řízení energetického toku na substrát během depozice tenké vrstvy umožňuje ovlivnit mikrostrukturu tenké vrstvy díky zvýšení mobility atomů na povrchu tenké vrstvy, jak je uvedeno ve stati I. Petrov, P. B. Barna, L. Hultman, J. E. Greene, Microstructural evolution during film growth, Journal of Vacuum Science and Technology A 21, (2003) S117 až S128. Tento mechanismus pak vede ke zvýšení hustoty tenké vrstvy, změny krystalografické orientace zrn, snížení hrubosti povrchu tenké vrstvy, nebo také k implantaci částic do substrátu. Během reaktivního naprašování byla také pozorována mnohem nižší hystereze procesních parametrů umožňující přesněji nastavit stechiometrii deponované tenké vrstvy, jak je popsáno ve stati E. Wallin, U. Helmersson, Hysteresis-free reactive high power impulse magnetron sputtering, Thin Solid Films 516, (2008) 6398 až 6401. Na druhou stranu mezi klíčové nevýhody HiPIMS naprašování patří významný pokles depoziční rychlosti ve srovnání s DC magnetronovým naprašováním.

Vedle magnetronového naprašování je v průmyslových aplikacích hojně používáno vakuové obloukové napařování. Zde dochází k inicializaci obloukového výboje na katodě, který se vyznačuje katodovým napětím v řádu desítek voltů a výbojovým proudem ve stovkách ampér. Obloukové napařování je typické velmi vysokou depoziční rychlostí a vysokou energií deponovaných částic dosahujících i více jak 50 eV. Připravené tenké vrstvy pak mají vysokou adhezi k substrátu a také velmi dobrou krystalografickou strukturu. Bohužel nevýhodou obloukového napařování je přítomnost makro-částic velikosti až 10 pm vyskytujících se náhodně v připravené tenké vrstvě, které vznikají oddělením části materiálu terče díky vysoké energii koncentrované do malého bodu, kde se obloukový výboj zapaluje. Proto vrstvy připravené obloukovým napařováním vykazují větší hrubost, mikro-dírky, změnu textury, rozvoj nežádoucího pnutí ve vrstvě atp. Podrobnosti o bloukovém napařování lze nalézt například ve stati A. Anders, Unfiltered and Filtered Cathodic Arc Deposition, Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, Ed. P. M. Martin, Elsevier Inc., Burlington 2010.

Pro reaktivní magnetronové naprašování je typické, že dochází k náhodnému zapalování tzv. mikro oblouků na katodě, které jsou pro depozici kvalitních tenkých vrstev nežádoucí. K rozvoji mikro oblouků dochází díky vzniku velmi silného elektrického pole na např. malých dielektrických ploškách, které vzniknou na kovovém terči, který je vystaven působení reaktivního plynu (kyslík, dusík). Takto vzniklá dielektrická ploška se nabije kladnými ionty přicházejícími z plazmatu. Protože je katoda připojená na záporný potenciál několika stovek voltů, vznikne na povrchu terče silné elektrické pole, které vyvolá stimulovanou emisi elektronů z materiálu terče, což následně vede k lokálnímu zahřátí povrchu a dalšímu zvýšení teplotně stimulované elektronové emise z terče. Takto vzniklá pozitivní zpětná vazba vede k nekontrolovatelnému vzrůstu elektronové emise z malé plošky na terči, což je v důsledku spojené s lokálním roztavením materiálu terče. Současně emitované elektrony zajistí silnou ionizaci plynu v blízkosti výše uvedené plošky na terči. Tento jev pak pozorujeme jako malý a intenzivní katodový obloukový výboj náhodně se vyskytují na ploše terče. Tlak obloukového plazmatu na roztavený materiál na malé ploše terče následně vede ke vzniku mikro kráteru na terči spojený s vyvrhnutím mikroskopického množství materiálu (můžeme si to představit jako mikro kapičky materiálu terče) z terče do vakua. Takto vzniklá mikro částice pak putuje vakuem a většinou se dostane až na podložku, kde vytváří nežádoucí kapičky, často v literatuře nazývané jako makro částice z důvodů jejich velikosti vůči povrchové struktuře deponované tenké vrstvy. Tenká vrstva vytvořená magnetronovým naprašováním s přítomností mikro oblouků pak vykazuje výrazně vyšší hrubost, defekty atp. Detailní popis vzniku mikro oblouků při magnetronovém naprašování lze nalézt ve stati A. Anders, Physics of arcing, and implications to sputter deposition, Thin Solid Films 502, (2006) 22 až 28.

Nedávné studie prokázaly, že aplikace HiPIMS výboje pro rozprašování uhlíkového terče, kdy navíc nedochází k omezování nahodilých mikro obloukových výbojů na katodě, může vést k depozici tetrahedrálního amorfního uhlíku s vysokým obsahem hybridizovaných sp³ vazeb, jak

- 2 CZ 309606 B6 je uvedeno ve stati R. Ganesan, D. G. McCulloch, N. A. Marks, M. D. Tucker, J. G. Partridge, M. M. M. Bilek, D. R. McKenzie, Synthesis of highly tetrahedral amorphous carbon by mixed-mode HiPIMS sputtering, Journal of Physics D: Applied Physics 48, (2015) 442001. Takové vrstvy vykazují vysokou tvrdost, nízký frikční koeficient a hustotu blížící se přírodnímu diamantu. Je třeba zdůraznit, že ve výše uvedených studiích docházelo k náhodnému zapálení katodového vakuového oblouku během HiPIMS pulzu, tzn., že část doby trvání HiPIMS pulzu byla vyplněna katodovým obloukem namísto standardního magnetronového výboje, jak je dokumentováno ve stati M. D. Tucker, K. J. Putman, R. Ganesan, M. Lattemann, M. Stueber, S. Ulrich, M. M. M. Bilek, D. R. McKenzie, N. A. Marks, The behaviour of arcs in carbon mixed-mode high-power impulse magnetron sputtering, J. Phys. D. Appl. Phys. 50, (2017) 145205. Ukazuje se, že četnost zapálení katodových oblouků závisí na procesních parametrech, jako je tlak v depoziční komoře, katodové napětí během HiPIMS pulzu, nastavené proudové omezení HiPIMS zdroje atp., což je ukázáno ve stati M. D. Tucker, R. Ganesan, D. G. McCulloch, J. G. Partridge, M. Stueber, S. Ulrich, M. M. M. Bilek, D. R. McKenzie, N. A. Marks, Mixed-mode high-power impulse magnetron sputter deposition of tetrahedral amorphous carbon with pulse-length control of ionization, J. Appl. Phys. 119, (2016) 155303.

Dosavadní technická řešení tedy počítají jen s náhodným spouštěním katodového vakuového oblouku během standardního HiPIMS výboje. Cílem je tedy představit technické řešení, které umožní řízené spouštění pulzně buzeného magnetronového výboje a katodového vakuového oblouku v přesně definovaných časech s nastavitelnou dobou trvání jednotlivých výše uvedených druhů výbojů. Cílené řízení pulzně buzeného magnetronového výboje a katodového vakuového oblouku umožní deponovat tenké vrstvy s lepšími parametry a definovanou depoziční rychlostí.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález řeší výše uvedený technický problém pomocí způsobu a zařízení pro vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním ve vakuové komoře, zejména pro nanášení povlaku na substrát.

Způsob obsahuje kroky:

- vytváření pulzně buzeného magnetronového výboje první pulzní napěťovou jednotkou; a

- iniciaci napěťového pulzu druhou pulzní jednotkou vytvářející katodový vakuový oblouk; přičemž první a druhá pulzní jednotka jsou paralelně spojené, a přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že

- inicializační pulz vedoucí k zapálení katodového vakuového oblouku probíhá alespoň částečně současně s napěťovým pulzem první pulzní napěťové jednotky vytvářející magnetronový výboj; a v tom, že se

- oba napěťové pulzy sloučí v modulu přenášející pulzní napětí na magnetronovou katodu.

Paralelní spojení dvou pulzních napěťových jednotek, přičemž první pulzní napěťová jednotka vytváří pulzně buzený magnetronový výboj podle stavu techniky požadovaných parametrů, jako je délka pulzu plazmatu a opakovací frekvence; a druhá pulzní napěťová jednotka v definovaných časech připojuje na magnetronovou katodu paralelně další záporné napětí, které způsobí zapálení katodového vakuového oblouku. Paralelní spojení dvou nezávislých pulzních napěťových jednotek zajišťuje modul slučující napěťové pulzy generované pomocí výše uvedených dvou pulzních napěťových jednotek, přičemž modul vytváří napěťový překmit, který je přenášen na magnetronovou katodu. Ve výhodném provedení se opakovací frekvence pulzně buzeného magnetronového výboje pohybuje od 10 Hz do 90 kHz.

- 3 CZ 309606 B6

Aby druhá pulzní jednotka mohla spolehlivě generovat napěťový pulz pro zapálení katodového vakuového oblouku v konkrétním čase během pulzu výboje generovaného první pulzní napěťovou jednotkou, je výhodné zapojit do série s druhou pulzní napěťovou jednotkou indukčnost, která zapříčiní vybuzení napěťového překmitu při inicializaci záporného napěťového pulzu na magnetronové katodě v okamžiku elektronického připojení druhé pulzní napěťové jednotky k magnetronové katodě.

Takto vygenerovaný napěťový překmit na magnetronové katodě způsobí, že dojde po určité době k inicializaci katodového vakuového oblouku, který bude hořet tak dlouho, dokud nedojde k vypnutí napětí na magnetronové katodě odpojením obou pulzních napěťových jednotek.

Vygenerovaný napěťový překmit pomocí druhé pulzní napěťové jednotky může být několikrát po sobě opakován, i když dojde mezitím k ukončení pulzu napětí generovaného první pulzní napěťovou jednotkou.

V dalším výhodném provedení se obě napěťové jednotky řídí na sobě nezávisle prostřednictvím signálového generátoru s dvěma nezávislými kanály.

Způsob vytvoření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním ve vakuové komoře podle kteréhokoliv z výše uvedených provedení pro depozici povlaku, např. ve formě tenké vrstvy anebo množství tenkých vrstev, na substrát. Povlak může zejména být tenká vrstva připravená z kovových, oxidových, nitridových, uhlíkových nebo dalších sloučenin podle dosavadního stavu techniky na příslušných substrátech.

Další provedení předkládaného vynálezu představuje zařízení pro vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním ve vakuové komoře. Zařízení obsahuje magnetronovou katodu s terčem umístěnou ve vakuové komoře;

- první napěťovou pulzní jednotku; a

- druhou napěťovou pulzní jednotku; přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že zařízení dále obsahuje:

- modul slučující napěťové pulzy generované pomocí pulzních napěťových jednotek a vytvářející napěťový překmit, přičemž je modul spojený s první a druhou napěťovou pulzní jednotkou v paralelním zapojení; a tím, že

- modul je připojený k magnetronové katodě.

Zařízení definované výše je dále schopné vykonávat způsob podle tohoto vynálezu poskytující vytváření obloukového výboje současně s pulzním magnetronovým pulzem v definovaný čas.

Ve výhodném provedení obsahuje zařízení cívku zapojenou v sérii s druhou pulzní napěťovou jednotkou zajišťující naindukování napěťového překmitu na magnetronové katodě.

V dalším výhodném provedení zařízení dále obsahuje signálový generátor s dvěma nezávislými kanály připojený k první a druhé napěťové jednotce.

Výhodně obsahuje modul diodu paralelně spojenou s rezistorem, které jsou paralelně spojené s kapacitorem přes cívku, zajišťují ochranu pulzních napěťových jednotek před vysokonapěťovými pulzy, které se indukují na cívce a jsou opačné polarity než napětí generované na magnetronové katodě. Vysokonapěťové pulzy jsou logickým důsledkem Lenzova zákona.

- 4 CZ 309606 B6

Další provedení vynálezu představuje použití zařízení podle výše uvedených provedení pro nanášení povlaku na substrát. Zařízení obsahuje zařízení pro vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním ve vakuové komoře podle kteréhokoliv z výše uvedených provedení a dále obsahuje substrát uvnitř vakuové komory, která slouží k depozici rozprášeného materiálu z terče magnetronové katody.

Objasnění výkresů

Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schematicky znázorněny na přiložených výkresech, kde představuje:

obr. 1 schéma zapojení zařízení pro generování HiPIMS výboje a katodového vakuového oblouku. Schéma ukazuje paralelní zapojení první a druhé napěťové pulzní jednotky spolu se zařízením pro vytváření paralelního spojení obou pulzních jednotek podle vynálezu;

obr. 2 příklad naměřeného napětí na magnetronové katodě Uc a výbojového proudu Ip během pulzního magnetronového výboje a katodového vakuového oblouku pro různě nastavené časy spuštění katodového vakuového oblouku;

obr. 3 schéma zapojení zařízení pro vytváření paralelní spojení obou pulzních napěťových jednotek spolu s indukčností, která generuje napěťový překmit; a obr. 4 tvrdost a drsnost vrstev vyrobených podle stavu techniky a způsobem podle vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je zobrazeno schéma zařízení pro vytváření pulzního magnetronového výboje společně s katodovým vakuovým obloukem 7. Zařízení obsahuje vakuovou komoru 6, kde je tlak monitorován vakuovou měrkou 3. Vakuová komora 6 je čerpaná vakuovou vývěvou 5 s regulací tlaku v komoře 6 pomocí ventilu 4. Ve vakuové komoře 6 je dále umístěna magnetronová katoda 1 s terčem a stolek 2 pro uložení substrátu 8, na který se může deponovat povlak, např. ve formě požadované tenké vrstvy. Magnetronová katoda 1 je připojena k modulu 11, který slučuje napěťové pulzy generované pomocí pulzních napěťových jednotek 9_a 10. Modul 11 zajišťuje paralelní spojení záporných potenciálů pulzních napěťových jednotek 9 a 10, zatímco kladné potenciály jsou připojeny na zemnění stejně jako samotná vakuová komora 6. Pulzní napěťové jednotky 9 a 10 jsou řízeny signálovým generátorem 12 SG s dvěma nezávislými kanály. První pulzní napěťová jednotka 9 generuje záporný napěťový pulz s např. dobou trvání výboje 100 ps a opakovací frekvencí 100 Hz. Druhá pulzní napěťová jednotka 10 pak generuje záporný napěťový pulz na magnetronové katodě 1 s volitelným zpožděním např. 50 ps od začátku napěťového pulzu první pulzní napěťové jednotky 9 a doba trvání druhého napěťového pulzu může být libovolně dlouhá. Tedy druhý napěťový pulz může skončit ještě během trvání prvního napěťového pulzu nebo může trvat dále i po skončení prvního napěťového pulzu. Napěťový pulz generovaný druhou pulzní napěťovou jednotkou 10 způsobí zapálení katodového vakuového oblouku 7 po uplynutí určité doby, která je závislá na aktuálních parametrech plazmatu, jako je hustota plazmatu nebo teplota elektronů.

Tato skutečnost je demonstrována na časovém průběhu katodového napětí Uc a výbojového proudu Ip uvedených na obr. 2. Na obr. 2 jsou uvedeny časové průběhy Uc a Ip pro tři různé konfigurace pulzních napěťových jednotek 9 a 10 při použití uhlíkového terče a pracovního plynu čistého argonu. Na obr. 2(a) je doba trvání napěťového pulzu generovaného první pulzní napěťovou jednotkou 9 nastavena na 100 ps a druhá pulzní napěťová jednotka 10 aktivuje napětí na katodě 1 v čase 10 ps po spuštění prvního napěťového pulzu a skončí po 50 ps trvání. Časové průběhy Uc a Ip zobrazené na obr. 2(b) odpovídají době trvání pulzu první pulzní napěťové

- 5 CZ 309606 B6 jednotky 9 200 μs a druhá pulzní napěťová jednotka 10 připojí napětí na katodu 1 v čase 50 μs po začátku prvního pulzu napětí s dobou trvání 50 μs. Na obr. 2(c) jsou zobrazeny časové průběhy Uc a Ip pro dobu trvání prvního napěťového pulzu 100 μs a druhý napěťový pulz je aktivován v čase 40 μs a trvá 60 μs.

Na obr. 3 je uveden příklad uskutečnění modulu 11 podle vynálezu zajišťující paralelní spojení obou pulzních napěťových jednotek 9 a 10 a zároveň generující napěťový překmit na magnetronové katodě 1. Obr. 3 tedy obsahuje podrobné schéma zapojení elektronických součástek v modulu 11 slučovači napětí. Slučovač napětí zajišťuje připojení první a druhé pulzní napěťové jednotky 9 a 10 k magnetronové katodě 1. Zároveň také modul 11 zajišťuje, že elektrický proud teče vždy danou pulzní napěťovou jednotkou 9 nebo 10 do výboje jen v případě, že dioda D1 a D2 bude v propustném směru. Pak se obě pulzní napěťové jednotky 9 a 10 nemohou proudově ovlivňovat. Indukčnost L2 zapojená v sérii s druhou pulzní napěťovou jednotkou 10 zajišťuje naindukování napěťového překmitu na magnetronové katodě 1 způsobující zapálení oblouku 7. Velikost napěťového překmitu lze regulovat stejnosměrným napětím, které je spínáno druhou pulzní jednotkou. Dioda Da spolu s odporem Ra a kapacitou Ca zajišťují ochranu pulzních napěťových jednotek 9 a 10 před zkratem a vysokofrekvenčním rušením.

Obr. 4 dále představuje srovnávací experiment tvrdosti a drsnosti vrstev vyrobených podle dosavadního stavu techniky a podle způsobu nanášení podle předkládaného vynálezu. Na obr. 4 je zobrazena drsnost a tvrdost připravených vrstev podle dosavadního stavu techniky, který představuje DLC vrstvu (amorfní uhlík připravený plazmochemickými metodami) a ta-C (amorfní tetrahedrální uhlík) vrstvu připravenou obloukovým napařováním s novou ta-C vrstvou připravenou pomocí předkládaného řešení (prostřední sloupec). Tvrdost nové ta-C vrstvy připravené podle vynálezu je asi o 10 % nižší než tvrdost běžné ta-C připravené obloukovým výbojem, avšak drsnost radikálně poklesla a blíží se drsnosti vrstvy DLC. Vrstva připravená způsobem podle předkládaného vynálezu má tvrdost obdobnou s tvrdostí ta-C pomocí obloukového výboje a současně významně poklesla drsnost, což je klíčový parametr pro snížení tření. Kombinace těchto dvou parametrů, tj. vyšší tvrdosti a nižší drsnosti, lze průmyslově uplatnit jako odolné povlakové vrstvy na ložiscích, pístních kroužcích atp.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zařízení pro vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním lze využít na průmyslové povlakování různých dílů a součástek. Typické využití je při vytváření tenkých vrstev vyznačujících se vysokou tvrdostí a adhezí k převážně kovovým nebo plastovým substrátům. Tyto povlaky lze s výhodou použít např. na obráběcí nástroje, ložiska atp.

Claims

1. Způsob vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním ve vakuové komoře (6), zejména pro nanášení povlaku na substrát, obsahující kroky:

- vytváření pulzně buzeného magnetronového výboje první pulzní napěťovou jednotkou (9); a

- iniciaci napěťového pulzu druhou pulzní jednotkou (10) vytvářející katodový vakuový oblouk (7); přičemž první a druhá pulzní jednotka (9) a (10) jsou paralelně spojené, vyznačující se tím, že

- inicializační pulz vedoucí k zapálení katodového vakuového oblouku (7) probíhá alespoň částečně současně s napěťovým pulzem první pulzní napěťové jednotky (9) vytvářející magnetronový výboj; a tím, že

- oba napěťové pulzy se sloučí v modulu (11) přenášející pulzní napětí na magnetronovou katodu (1).

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok zapálení katodového vakuového oblouku (7) dále obsahuje vybuzení napěťového překmitu při inicializaci záporného napěťového pulzu v okamžiku elektronického připojení druhé pulzní napěťové jednotky (10) k magnetronové katodě (1).

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že napěťový překmit se opakuje po dobu generování napěťového pulzu na první pulzní napěťové jednotce (9).

4. Způsob podle kteréhokoliv z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že se obě napěťové jednotky (9) a (10) řídí na sobě nezávisle prostřednictvím signálového generátoru s dvěma nezávislými kanály.

5. Zařízení pro vytváření pulzního magnetronového výboje společně s obloukovým odpařováním ve vakuové komoře (6) podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, obsahující:

- magnetronovou katodu (1) s terčem umístěnou ve vakuové komoře (6);

- první napěťovou pulzní jednotku (9); a

- druhou napěťovou pulzní jednotku (10);

vyznačující se tím, že zařízení dále obsahuje:

- modul (11) spojený s první a druhou napěťovou pulzní jednotkou (9) a (10) v paralelním zapojení; a tím, že

- modul (11) je připojený k magnetronové katodě (1).

6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že dále obsahuje cívku zapojenou v sérii s druhou pulzní napěťovou jednotkou (10).

7. Zařízení podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že dále obsahuje signálový generátor (12) s dvěma nezávislými kanály připojený k první a druhé napěťové jednotce (9) a (10).

- 7 CZ 309606 B6

8. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 5 až 7, vyznačující se tím, že modul (11) obsahuje diodu (Da) paralelně spojenou s rezistorem (Ra), které jsou paralelně spojené s kapacitorem (Ca) přes indukčnost (L2).

9. Použití zařízení podle kteréhokoliv z nároků 5 až 8 pro nanášení povlaku na substrát (8).