RU2362838C2 - Device for nano-cluster plating - Google Patents
Device for nano-cluster plating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362838C2 RU2362838C2 RU2007137537/02A RU2007137537A RU2362838C2 RU 2362838 C2 RU2362838 C2 RU 2362838C2 RU 2007137537/02 A RU2007137537/02 A RU 2007137537/02A RU 2007137537 A RU2007137537 A RU 2007137537A RU 2362838 C2 RU2362838 C2 RU 2362838C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- cathode
- target cathode
- working chamber
- tubular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к микро- и нанотехнологии и касается магнетронной распылительной системы. Преимущественной областью его использования является нанесение нанокластерных покрытий на поверхности различных материалов, в частности для нанесения радиопоглощающих покрытий.The invention relates to micro and nanotechnology and relates to a magnetron sputtering system. An advantageous area of its use is the deposition of nanocluster coatings on the surfaces of various materials, in particular for the application of radar absorbing coatings.
Известно устройство для нанесения нанокомпозитного покрытия, содержащее плазмотрон и магнетрон, присоединенные к вакуумной камере с возможностью формирования и подачи потока кремнийсодержащей плазмы плазмотроном и потока частиц легирующего металла магнетроном на подложку, расположенную на держателе, изолированном от потока частиц легирующего металла, и регулятор парциального давления паров кремнийсодержащего жидкого углеводорода (RU 2297471, С23С 14/06, 14/35, 2007).A device for applying a nanocomposite coating containing a plasmatron and magnetron attached to a vacuum chamber with the possibility of forming and feeding a stream of silicon-containing plasma by a plasmatron and a stream of alloying metal particles by a magnetron onto a substrate located on a holder isolated from the flow of alloying metal particles, and a partial vapor pressure regulator silicon-containing liquid hydrocarbon (RU 2297471, С23С 14/06, 14/35, 2007).
Однако данное устройство является сложным в отношении конструкции и эксплуатации. Кроме того, сфера его использования ограничена нанесением покрытий, в состав которых входит металл, карбид которого обладает высокой проводимостью.However, this device is complex in terms of design and operation. In addition, the scope of its use is limited to coating, which includes a metal whose carbide has high conductivity.
Известно также устройство для нанесения нанокластерного покрытия, включающее вакуумную и рабочую камеры, сообщающиеся с помощью диафрагмы с регулируемым соплом, при этом в вакуумной камере установлен магнетрон с возможностью перемещения по направлению к диафрагме, а в рабочей камере размещен держатель для обрабатываемой подложки (Каштанов П.В., Смирнов Б.М., Хипплер Р. Магнетронная плазма и нанотехнологии. - «Успехи физических наук», 2007, т.177, № 5, с.473-510).A device for applying a nanocluster coating is also known, which includes a vacuum and a working chamber communicating by means of a diaphragm with an adjustable nozzle, while a magnetron is installed in the vacuum chamber with the ability to move towards the diaphragm, and a holder for the substrate being processed is placed in the working chamber (P. Kashtanov V., Smirnov BM, Hippler R. Magnetron plasma and nanotechnology. - "Advances in Physical Sciences", 2007, vol. 177, No. 5, pp. 473-510).
Однако данное устройство позволяет получать лишь кластеры немагнитных металлов и поэтому не позволяет распылять многокомпонентные, а также магнитные покрытия.However, this device allows you to get only clusters of non-magnetic metals and therefore does not allow to spray multicomponent, as well as magnetic coatings.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для нанесения нанокластерного покрытия, содержащее ионно-плазменный генератор, оснащенный полым трубчатым углеродным катодом-мишенью, присоединенный с помощью электромагнитного направляющего устройства к рабочей камере, в которой смонтирован держатель обрабатываемого изделия (JP 2003096555, С01В 31/02; С23С 14/06; С23С 14/35; С01В 31/00, 2003).Closest to the claimed is a device for applying a nanocluster coating containing an ion-plasma generator equipped with a hollow tubular carbon cathode-target, connected using an electromagnetic guide device to the working chamber, in which the holder of the workpiece is mounted (JP 2003096555, С01В 31/02; C23C 14/06; C23C 14/35; C01B 31/00, 2003).
Недостаток прототипного устройства состоит в узкой сфере применения, поскольку оно может использоваться только для получения нанокластеров углерода. Кроме того, оно неприемлемо для нанесения многокомпонентных покрытий.The disadvantage of the prototype device is a narrow scope, since it can only be used to produce carbon nanoclusters. In addition, it is not suitable for applying multicomponent coatings.
Технической задачей предлагаемого устройства является расширение сферы его использования.The technical task of the proposed device is to expand the scope of its use.
Решение указанной технической задачи заключается в том, что в конструкцию устройства для нанесения нанокластерного покрытия, содержащего ионно-плазменный генератор, оснащенный полым трубчатым катодом-мишенью, присоединенный с помощью электромагнитного направляющего устройства к рабочей камере, в которой смонтирован держатель обрабатываемого изделия, вносятся следующие изменения.The solution to this technical problem lies in the fact that the design of the device for applying a nanocluster coating containing an ion-plasma generator equipped with a hollow tubular target cathode, connected using an electromagnetic guide device to the working chamber in which the holder of the workpiece is mounted, makes the following changes .
1. Ионно-плазменный генератор оборудован дополнительным охлаждаемым катодом-мишенью, плоскость распыления которого перпендикулярна боковой поверхности трубчатого катода-мишени. При этом в качестве ионно-плазменного генератора целесообразно использование магнетрона.1. The ion-plasma generator is equipped with an additional cooled target cathode, the sputtering plane of which is perpendicular to the side surface of the tubular target cathode. In this case, it is advisable to use a magnetron as an ion-plasma generator.
2. Электромагнитное направляющее устройство состоит из:2. The electromagnetic guide device consists of:
2.1. коаксиально расположенных катушки электромагнита;2.1. coaxially arranged electromagnet coils;
2.2. магнитопровода, включающего выполненные из ферромагнитного материала электрически изолированные друг от друга:2.2. magnetic circuit, including made of ferromagnetic material electrically isolated from each other:
- полый цилиндр;- hollow cylinder;
- круглую пластину;- a round plate;
- кольцеобразный вкладыш, установленный непосредственно перед входом в рабочую камеру;- an annular liner installed directly in front of the entrance to the working chamber;
2.3. втулки из немагнитного материала, отверстие которой выполнено сужающимся по направлению транспортирования плазмы.2.3. bushings of non-magnetic material, the hole of which is made tapering in the direction of transportation of the plasma.
3. Трубчатый катод-мишень расположен внутри полого цилиндра магнитопровода.3. The tubular target cathode is located inside the hollow cylinder of the magnetic circuit.
4. Круглая пластина магнитопровода и дополнительный катод-мишень установлены последовательно по направлению транспортирования плазмы со стороны торца трубчатого катода-мишени.4. A round plate of the magnetic circuit and an additional target cathode are installed sequentially in the direction of plasma transport from the end face of the tubular target cathode.
5. Катушка электромагнита размещена между боковыми стенками цилиндра магнитопровода и трубчатого катода-мишени.5. An electromagnet coil is placed between the side walls of the cylinder of the magnetic circuit and the tubular target cathode.
6. Втулка из немагнитного материала электромагнитного направляющего устройства присоединена к вкладышу магнитопровода.6. A sleeve of non-magnetic material of an electromagnetic guide device is connected to the liner of the magnetic circuit.
Причинно-следственная связь внесенных изменений с достигнутым техническим результатом заключается в следующем. Двухэлектродное исполнение магнетрона позволяет установить требуемое соотношение компонентов потока распыляемого вещества. Предлагаемая система магнитопроводов формирует такую конфигурацию магнитного поля, которая позволяет одновременно распылять материал обоих катодов-мишеней, в том числе в случае изготовления дополнительного катода-мишени из магнитного материала. Кроме того, сформированная система магнитопроводов, а также сужающаяся поверхность отверстия втулки обеспечивает дополнительную фокусировку потока движущихся частиц.The causal relationship of the changes made with the achieved technical result is as follows. The two-electrode design of the magnetron allows you to set the required ratio of the components of the stream of sprayed substance. The proposed magnetic circuit system forms such a magnetic field configuration that allows you to simultaneously spray the material of both target cathodes, including in the case of manufacturing an additional target cathode from magnetic material. In addition, the formed magnetic circuit system, as well as the tapering surface of the sleeve bore, provide additional focusing of the flow of moving particles.
Для регулирования соотношения компонентов покрытия цилиндрический и плоский катоды-мишени целесообразно подключить к раздельным цепям электрического питания.To control the ratio of the coating components, the cylindrical and flat target cathodes are expediently connected to separate electric power circuits.
Торцевая поверхность кольцеобразного вкладыша магнитопровода, примыкающая к втулке, может быть выпуклой для улучшения фокусирующего воздействия на транспортируемый поток плазмы.The end surface of the annular magnetic core liner adjacent to the sleeve may be convex to improve the focusing effect on the transported plasma stream.
Во встроенном варианте исполнения рабочая камера расположена внутри электромагнита (для возможности дополнительной фокусировки потока плазмы), а в выносном варианте дополнительно содержит внешнюю рабочую камеру, пристыкованную к выходу последней.In the integrated embodiment, the working chamber is located inside the electromagnet (for the possibility of additional focusing of the plasma flow), and in the remote version it additionally contains an external working chamber, docked to the output of the latter.
На фиг.1 представлена конструкция оптимального варианта устройства для нанесения нанокомпозитного покрытия с внутренним исполнением рабочей камеры; на фиг.2 - схема присоединения устройства к внешней рабочей камере; на фиг.3 дано изображение поверхности защитного покрытия, включающего углеродную матрицу с вкрапленными в нее нанокластерами кобальта, полученное с помощью атомно-силового микроскопа.Figure 1 shows the design of the optimal version of the device for applying a nanocomposite coating with an internal design of the working chamber; figure 2 is a diagram of the connection of the device to an external working chamber; figure 3 shows the image of the surface of the protective coating, including a carbon matrix interspersed with nanoclusters of cobalt, obtained using an atomic force microscope.
Устройство для нанесения нанокластерного покрытия (фиг.1) содержит магнетрон, оснащенный полым трубчатым катодом-мишенью 1, присоединенный с помощью электромагнитного направляющего устройства к рабочей камере 2, в которой смонтирован держатель 3 обрабатываемого изделия 4. Магнетрон оборудован дополнительным охлаждаемым катодом-мишенью 5, плоскость распыления которого перпендикулярна боковой поверхности трубчатого катода-мишени 1. Электромагнитное направляющее устройство состоит из коаксиально расположенных катушки 6 электромагнита, магнитопровода, включающего выполненные из ферромагнитного материала электрически изолированные друг от друга полый цилиндр 7, круглую пластину 8 и кольцеобразный вкладыш 9, установленный непосредственно перед входом в рабочую камеру 2, и алюминиевой втулки 10, отверстие которой выполнено сужающимся по направлению транспортирования плазмы. Трубчатый катод-мишень 1 расположен внутри полого цилиндра 7 магнитопровода, круглая пластина 8 магнитопровода и дополнительный катод-мишень 5 установлены последовательно по направлению транспортирования плазмы со стороны торца трубчатого катода-мишени 1, катушка 6 электромагнита размещена между боковыми стенками цилиндра 7 магнитопровода и трубчатого катода-мишени 1, а втулка 10 присоединена к вкладышу 9 магнитопровода.A device for applying a nanocluster coating (Fig. 1) contains a magnetron equipped with a hollow tubular target cathode 1, connected by means of an electromagnetic guide device to the working chamber 2, in which the
Рабочая камера 2 подключена к вакуумной системе.The working chamber 2 is connected to a vacuum system.
К катодам-мишеням 1 и 5 подведен рабочий газ (смесь газов) от газораспределительной камеры 12.The working gas (gas mixture) from the gas distribution chamber 12 is connected to the target cathodes 1 and 5.
Система охлаждения дополнительного катода-мишени 5 включает полую штангу 13, на конце которой закреплены элементы 5 и 8. Внутри штанги 13 расположена трубка 14 с возможностью циркуляции охлаждающей воды в полости штанги 13. При этом штанга 13 снабжена уплотняющим зажимом типа Вильсона (поз. 15, 16 и 17) для возможности перемещения закрепленных на ней элементов 5 и 8 вдоль оси цилиндрического катода-мишени 1.The cooling system of the additional target cathode 5 includes a hollow rod 13, at the end of which elements 5 and 8 are fixed. Inside the rod 13 there is a tube 14 with the possibility of circulating cooling water in the cavity of the rod 13. At the same time, the rod 13 is equipped with a Wilson-type sealing clip (key 15 , 16 and 17) for the possibility of moving the elements 5 and 8 fixed on it along the axis of the cylindrical target cathode 1.
Цилиндрический катод-мишень 1 присоединен к первому выходу высоковольтного источника 18 постоянного тока, а дополнительный катод-мишень 5 присоединен ко второму выходу указанного источника тока. Соединения выполнены через токопроводящие элементы устройства. При распылении высокоомных или диэлектрических материалов в качестве источника 18 установлен ВЧ-генератор.The cylindrical target cathode 1 is connected to the first output of the high-voltage direct current source 18, and the additional target cathode 5 is connected to the second output of the specified current source. Connections are made through the conductive elements of the device. When spraying high-resistance or dielectric materials, an RF generator is installed as a source 18.
В варианте фиг.1 рабочая камера 2 расположена внутри электромагнита 11 для возможности фокусировки потока плазмы, что целесообразно выполнять в случае дополнительного оснащения устройства внешней рабочей камерой 12 (фиг.2).In the embodiment of figure 1, the working chamber 2 is located inside the
Для обеспечения технологичности изготовления к основаниям полого цилиндра 7 магнитопровода приварены изнутри кольцеобразные крышки 19 и 20 (также входящие в конструкцию магнитопровода и одновременно служащие для удержания катушки 6 электромагнита), между торцами которых установлена труба 21 из нержавеющей стали, замыкающая вакуумный объем рабочего пространства магнетрона.To ensure manufacturability, ring-shaped covers 19 and 20 (also included in the design of the magnetic circuit and simultaneously serving to hold the coil 6 of the electromagnet) are welded from the inside to the bases of the hollow cylinder 7 of the magnetic circuit, between the ends of which a
Устройство работает следующим образом. При подаче высокого напряжения на катоды-мишени 1 и 5 возникает магнетронный разряд, под действием которого внутри пространства, ограниченного внутренней поверхностью полого цилиндрического катода-мишени 1 (поз. 22), происходит распыление материала мишеней в вакууме. Парциальное соотношение распыляемых материалов регулируют соотношением токов в катодных цепях. В данной конструкции достигается пересыщение плазменно-парового потока в области 22, что вызывает образование кластеров. Под действием магнитного поля, созданного элементами 6, 7, 9 и 20, и боковой поверхности немагнитной втулки 10 происходит фокусировка потока кластеров и его транспортирование в рабочую камеру 2 через отверстие втулки 10 и магистраль 23, связывающие пространство 22 с рабочей камерой 2. При этом сужающееся отверстие втулки 10 обеспечивает ламинарное движение потока. В рабочей камере 2 кластеросодержащий поток осаждается на поверхности обрабатываемого изделия 4.The device operates as follows. When a high voltage is applied to the target cathodes 1 and 5, a magnetron discharge occurs, under the influence of which inside the space bounded by the inner surface of the hollow cylindrical target cathode 1 (pos. 22), the target material is sprayed in vacuum. The partial ratio of the sprayed materials is regulated by the ratio of currents in the cathode circuits. In this design, a supersaturation of the plasma-vapor stream in region 22 is achieved, which causes the formation of clusters. Under the influence of the magnetic field created by elements 6, 7, 9 and 20, and the lateral surface of the non-magnetic sleeve 10, the flow of clusters is focused and transported to the working chamber 2 through the hole of the sleeve 10 and the
Устройство апробировано для технического осуществления процесса нанесения защитного покрытия, содержащего нанокластеры кобальта и углерода на подложки из стекла, кремния, поликора, ситалла и лавсана. Как видно из фиг.3, апробированное устройство позволяет наносить защитное покрытие, включающее нанокластеры кобальта (поз. 23) и углерода (поз. 24) размером до 80 нм.The device has been tested for the technical implementation of the process of applying a protective coating containing cobalt and carbon nanoclusters on substrates of glass, silicon, polycor, sitall and lavsan. As can be seen from figure 3, the tested device allows you to apply a protective coating, including nanoclusters of cobalt (pos. 23) and carbon (pos. 24) up to 80 nm in size.
Таким образом, по сравнению с прототипом использование предлагаемого устройства расширяет номенклатуру наносимых нанокластерных покрытий. При этом отсутствуют ограничения в отношении количества и свойств компонентов материала покрытия и подложки.Thus, in comparison with the prototype, the use of the proposed device expands the range of applied nanocluster coatings. However, there are no restrictions on the number and properties of the components of the coating material and the substrate.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007137537/02A RU2362838C2 (en) | 2007-10-09 | 2007-10-09 | Device for nano-cluster plating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007137537/02A RU2362838C2 (en) | 2007-10-09 | 2007-10-09 | Device for nano-cluster plating |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007137537A RU2007137537A (en) | 2009-04-20 |
RU2362838C2 true RU2362838C2 (en) | 2009-07-27 |
Family
ID=41017345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007137537/02A RU2362838C2 (en) | 2007-10-09 | 2007-10-09 | Device for nano-cluster plating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2362838C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492276C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-09-10 | Виктор Никонорович Семенов | Method of applying sandwich coatings on substrate |
EA028887B1 (en) * | 2014-02-28 | 2018-01-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Изовак" | System for cooling target of cylindrical-type magnetron-spraying device |
-
2007
- 2007-10-09 RU RU2007137537/02A patent/RU2362838C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492276C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-09-10 | Виктор Никонорович Семенов | Method of applying sandwich coatings on substrate |
EA028887B1 (en) * | 2014-02-28 | 2018-01-31 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Изовак" | System for cooling target of cylindrical-type magnetron-spraying device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007137537A (en) | 2009-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2369664C2 (en) | Filtered vacuum arc plasma source | |
US7879203B2 (en) | Method and apparatus for cathodic arc ion plasma deposition | |
KR101575145B1 (en) | Method and device for transporting vacuum arc plasma | |
SE430293B (en) | PLASMA BAG GENERATOR, INCLUDING A CONSUMABLE CATHOD, A CYLINDRICAL ANOD AND A FOCUSING SOLENOID | |
JP5749769B2 (en) | High frequency antenna unit and plasma processing apparatus | |
KR20110065480A (en) | Thin film-forming sputtering device | |
US20070034501A1 (en) | Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration | |
KR20150102020A (en) | Plasma enhanced chemical vapor deposition(pecvd) source | |
US20080264341A1 (en) | Apparatus for cathodic vacuum-arc coating deposition | |
RU2362838C2 (en) | Device for nano-cluster plating | |
WO2014136314A1 (en) | Arc-plasma film formation device | |
IL170401A (en) | Plasma emitter and method utilizing the same | |
JP5373903B2 (en) | Deposition equipment | |
US6361663B1 (en) | Vacuum arc evaporator | |
US9624570B2 (en) | Compact, filtered ion source | |
JP6031725B2 (en) | Alloy thin film generator | |
JP4795174B2 (en) | Sputtering equipment | |
JP2002088466A (en) | Vacuum arc evaporation system | |
JP2003321769A (en) | Vapor deposition apparatus | |
JP2002241928A (en) | Electric discharge type plasma film deposition apparatus and its method | |
KR102536795B1 (en) | Cathodic arc evaporation to remove certain cathode materials | |
Anders et al. | Asymmetric injection of cathodic arc plasma into a macroparticle filter | |
Tereshin et al. | Thin films deposition with ECR planar plasma source | |
JP2013008471A (en) | Gas ion source | |
RU2390579C2 (en) | Procedure for applying coating on internal surface of pipe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091010 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181010 |