偏壓(Bias)是指在鍍膜過程(chéng)中施加在基體上的負電壓。偏壓電源的正極接到真空室上,同時真空室接地,偏壓的負極接到工件上。由於大地的電壓一般認為是零電位,所以工件上的電壓習慣說負偏壓,簡稱偏壓。
負(fù)偏壓的作(zuò)用提供粒子能量;
對於基片的加熱效應;
清除基片上吸附的氣體和油汙等,有利於提(tí)高膜層結合強度;
活化基體表麵;
對電弧離子鍍(dù)(Arc Ion Plating)中的大顆粒(lì)有淨化作用;
偏壓的分類根據波形可分為:
直流偏壓
直流脈衝偏壓
直流疊加(jiā)脈衝偏壓
雙極性(xìng)脈衝偏壓
直流(liú)偏壓和脈衝偏壓(yā)的比較
傳統的電弧離子鍍是在基片台上施加直流負偏壓控製離子轟擊(jī)能量, 這(zhè)種(zhǒng)沉積工藝存在以下缺點:
基體溫升高, 不利於在回火溫度低的基體上沉積硬質膜。
高能(néng)離子轟擊造成(chéng)嚴重的(de)濺射, 不能簡單(dān)通過提(tí)高離子轟擊能量合成高反應閾能的硬質薄膜。
直流偏壓電弧離子鍍工藝中,為了抑製因離(lí)子對基體表(biǎo)麵連續(xù)轟(hōng)擊而導(dǎo)致的基體溫度過高,主要采(cǎi)取減少沉積功率、縮短沉積(jī)時間、采用間歇沉積方式等措施來降(jiàng)低沉積溫度,這些措施可以概括地稱為能量控製法'這種方法(fǎ)雖然可以降低沉積溫度(dù),但也使薄膜的某些性能下(xià)降,同時還(hái)降低了生(shēng)產效率和薄膜質量的(de)穩定性,因此,難以推廣應用。
脈(mò)衝偏壓(yā)電弧離子鍍工藝中,由於離子是以非連續的脈衝方式轟擊基(jī)體表麵,所以(yǐ)通過調節脈衝偏壓的占空比,可改(gǎi)變基體內部與表麵之間的溫度梯度,進而改(gǎi)變基體內部與表麵之間熱的均衡補償效果(guǒ),達到調控沉積(jī)溫度的(de)目的。這樣就可(kě)以把施加偏壓的脈衝(chōng)高度與工件溫度獨立分開(互(hù)不影響或影響很小)調節,利用高壓(yā)脈衝(chōng)來獲得高能離子(zǐ)的轟擊(jī)效應以改善薄膜的組織和性能,通過降低占空比來減小離子轟擊的總加熱效應以降(jiàng)低沉積溫度(dù)。
偏壓對膜層的影響
偏壓對膜層的影響(xiǎng)機製是很複雜的,下麵列出了一些主要影響,可以根據自己的使用工藝,觀察總結,就可以很快摸清偏壓對膜層的影(yǐng)響規(guī)律。
膜層結構、結晶構造取向、組織結構
沉積速率
大顆粒淨化
膜層硬度(dù)
膜層致密度
表麵形貌
內應力