La guía definitiva para la pulverización catódica con magnetrón de CC
La pulverización catódica de CC se aplica a diversos metales, aleaciones y algunos compuestos conductores, y permite producir películas delgadas con diferentes funciones para satisfacer las diversas necesidades de rendimiento de las distintas industrias. Sin embargo, esta tecnología también presenta ciertas limitaciones.
- Bajo costo
- Buena uniformidad de la película
- Mayor tasa de deposición de película
- Fuerte unión entre película y sustrato
- Compatible con materiales conductores
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Todo lo que debe saber sobre la pulverización catódica de CC
En el campo del tratamiento de superficies de materiales y la preparación de películas, la pulverización catódica de CC, como importante tecnología de deposición física de vapor (PVD), desempeña un papel fundamental. Desde la demanda de películas conductoras ultrafinas en la fabricación de chips semiconductores, pasando por la búsqueda de películas ópticas de alta pureza en dispositivos ópticos, hasta la aplicación de recubrimientos de refuerzo superficial para piezas mecánicas, la tecnología de pulverización catódica de CC se ha convertido en una tecnología indispensable en numerosas industrias gracias a sus ventajas únicas. Este blog presentará de forma completa y detallada la pulverización catódica de CC, incluyendo sus principios, proceso de trabajo, materiales de uso común, ventajas y desventajas, comparación con otras tecnologías de pulverización catódica y una amplia gama de aplicaciones, con el objetivo de proporcionar una comprensión completa y una guía práctica sobre la pulverización catódica de CC.
¿Qué es la pulverización catódica de CC?
La pulverización catódica de CC es un tipo de deposición física de vapor Tecnología (PVD), que se refiere a la tecnología de pulverización catódica y recubrimiento mediante el bombardeo del material objetivo con iones generados por descarga luminiscente de CC. En un sistema típico de pulverización catódica de CC, se compone principalmente de una cámara de vacío, un sistema de vacío y una fuente de alimentación de CC. La cámara de vacío proporciona un entorno de baja presión para todo el proceso de pulverización, reduce la dispersión de partículas pulverizadas por moléculas de gas y asegura que los átomos pulverizados puedan alcanzar suavemente la superficie del sustrato. El sistema de vacío es responsable de bombear la cámara de vacío a un estado de alto vacío, que generalmente necesita alcanzar 10⁻³ – 10⁻⁵ Pa. La fuente de alimentación de CC aplica una tensión de CC entre los dos electrodos (cátodo y ánodo) en la cámara de vacío, y la tensión generalmente varía de 2 a 3 kV.
El objetivo se instala en la superficie del cátodo y el sustrato o la pieza de trabajo se coloca en la platina de muestra como ánodo. Cuando la cámara de vacío alcanza el grado de vacío predeterminado, se introduce un gas inerte, como el argón, y la presión del gas se mantiene a aproximadamente 1.0 Pa. En este momento, la aplicación de un voltaje de CC entre los dos electrodos produce un fenómeno de descarga luminiscente. Cerca del objetivo (cátodo), se forma una zona de plasma de alta densidad, es decir, la zona luminiscente negativa. Los iones de argón en la zona luminiscente negativa bombardean la superficie del objetivo a alta velocidad bajo la aceleración del voltaje de CC. Dado que los iones tienen alta energía, al colisionar con los átomos del objetivo, pueden desprenderlos de la superficie, lo que se conoce como pulverización catódica. Los átomos del objetivo pulverizados flotan libremente en el vacío y finalmente se depositan en la superficie del sustrato o la pieza de trabajo, formando gradualmente una película delgada.
El primer paso de la pulverización catódica de CC es crear un plasma en un entorno de vacío. Al aplicar un alto voltaje de CC entre los dos electrodos de la cámara de vacío, las moléculas de argón, originalmente en estado neutro, comienzan a ionizarse. Bajo la acción del intenso campo eléctrico, los electrones son extraídos de la superficie del cátodo (material objetivo) y acelerados en el campo eléctrico. Estos electrones de alta velocidad colisionan con las moléculas de argón, eliminando los electrones de las moléculas de argón, convirtiéndolas en iones de argón con carga positiva y electrones libres, formando así un plasma. Este proceso se puede representar simplemente mediante la siguiente fórmula de reacción: Ar (moléculas de argón neutras) + e⁻ (electrones) → Ar⁺ (iones de argón) + 2e⁻. A medida que más electrones colisionan con las moléculas de argón, la concentración de iones y electrones en el plasma continúa aumentando, formando un área de plasma estable, concentrada principalmente en el área de brillo negativo cerca del objetivo (cátodo).
Objetivo de bombardeo de iones
Los iones de argón formados en el área de brillo negativo están cargados positivamente y son acelerados por el campo eléctrico de CC para moverse a alta velocidad hacia la superficie del cátodo (objetivo). Cuando los iones de argón golpean la superficie del objetivo, la energía cinética que llevan se transfiere a los átomos del objetivo. Si la energía de los iones de argón es lo suficientemente alta, pueden superar la fuerza de enlace entre los átomos del objetivo y golpear los átomos del objetivo fuera de la superficie. Este proceso se llama pulverización catódica. Los átomos del objetivo pulverizados tienen una cierta energía y velocidad, y son expulsados de la superficie del objetivo en forma de átomos o grupos atómicos en el espacio de vacío. En la pulverización catódica, el rendimiento de pulverización de los átomos del objetivo (es decir, el número de átomos pulverizados de la superficie del objetivo por cada ion incidente) está relacionado con muchos factores, incluyendo la energía del ion, el ángulo de incidencia, la masa atómica del objetivo, la estructura cristalina y la energía de enlace. En términos generales, cuanto mayor sea la energía del ion, mayor será el rendimiento de pulverización catódica; Cuando los iones inciden en un ángulo determinado, el rendimiento de pulverización catódica alcanzará un máximo en un ángulo determinado.
Declaración
Los átomos pulverizados desde la superficie del objetivo realizan un movimiento térmico irregular en el vacío, y algunos de ellos vuelan hacia la superficie del sustrato. Cuando estos átomos alcanzan la superficie del sustrato, debido a la temperatura relativamente baja del mismo, su energía cinética disminuye rápidamente y son adsorbidos por la superficie del sustrato. A medida que se depositan más átomos del objetivo sobre la superficie del sustrato, estos comienzan a interactuar entre sí y gradualmente forman cúmulos atómicos. Estos cúmulos continúan absorbiendo los átomos circundantes, aumentan gradualmente de tamaño y finalmente se unen para formar una película continua. Durante el proceso de crecimiento de la película, factores como la velocidad de deposición atómica, la temperatura del sustrato y el estado de su superficie afectan la calidad y la estructura de la película. Por ejemplo, una velocidad de deposición más alta puede dar lugar a una estructura de película suelta, mientras que un aumento adecuado de la temperatura del sustrato puede promover la difusión de los átomos en la superficie del sustrato, haciendo que la película sea más densa y uniforme.
Ventajas de la pulverización catódica de CC
La tecnología de pulverización catódica de CC, como método maduro de deposición física de vapor, ha mostrado muchas ventajas significativas en el campo de la preparación de películas delgadas, lo que la hace ampliamente utilizada en la industria y la investigación científica:
Bajo costo
El sistema de pulverización catódica de CC se compone principalmente de componentes básicos como cámara de vacío, fuente de alimentación de CC, sistema de vacío, etc. En comparación con otras tecnologías complejas de preparación de películas delgadas (como epitaxia de haz molecular, deposición química de vapor, etc.), su estructura de equipo es más simple y los costos de fabricación y mantenimiento son menores.
Alta tasa de deposición
En la pulverización catódica de CC, se puede lograr una mayor velocidad de deposición de película ajustando parámetros como la potencia de la fuente de alimentación de CC y la presión del gas de trabajo. Una mayor velocidad de deposición puede acortar el ciclo de producción y mejorar la eficiencia, siendo especialmente adecuada para la producción industrial a gran escala, satisfaciendo así las necesidades de la producción en masa.
Buena uniformidad de la película
Diseñe razonablemente la forma del objetivo, la posición relativa del sustrato y el objetivo, y optimice los parámetros de pulverización catódica. La pulverización catódica de CC permite producir películas delgadas con buena uniformidad. Esta uniformidad es crucial para muchas aplicaciones, como las películas ópticas, que requieren una buena uniformidad de espesor para garantizar la consistencia de sus propiedades ópticas, y las películas conductoras en dispositivos electrónicos requieren espesor y propiedades eléctricas uniformes para garantizar la estabilidad del dispositivo.
Fuerte fuerza de unión
Los iones de alta energía bombardean el material objetivo, de modo que los átomos pulverizados adquieren cierta energía. Al depositarse sobre la superficie del sustrato, estos átomos interactúan fuertemente con ella para formar enlaces químicos o enlaces de difusión, lo que proporciona una fuerte fuerza de adhesión entre la película y el sustrato. Esta fuerte fuerza de adhesión evita que la película se desprenda fácilmente durante el uso y mejora su vida útil y fiabilidad.
Compatible con materiales conductores
La tecnología de pulverización catódica de CC permite depositar diversos metales, aleaciones y algunos materiales compuestos conductores, y tiene una amplia gama de aplicaciones. Ya sea un metal de alto punto de fusión (como el tungsteno o el molibdeno) o uno de bajo punto de fusión (como el estaño o el zinc), mediante pulverización catódica de CC se pueden preparar películas delgadas de alta calidad para satisfacer las necesidades de diferentes campos y materiales.
Los parámetros son fáciles de controlar
Los principales parámetros de la pulverización catódica de CC, como la potencia de pulverización, la presión del gas de trabajo, la distancia entre el objetivo y el sustrato, la temperatura del sustrato, etc., pueden controlarse con precisión mediante el equipo correspondiente. Al optimizar estos parámetros, se puede controlar con precisión el espesor, la composición, la estructura y el rendimiento de la película, para preparar una película que satisfaga las necesidades específicas.
Desventajas de la pulverización catódica de CC
Si bien la tecnología de pulverización catódica de CC tiene muchas ventajas, también tiene algunas desventajas inherentes que deben considerarse y resolverse en aplicaciones prácticas:
Aplicable únicamente a objetivos conductores.
La pulverización catódica de CC depende de la conductividad del objetivo para mantener la descarga luminiscente. Al utilizar materiales aislantes como objetivos, los iones positivos se acumulan en su superficie formando una capa de carga espacial, lo que aumenta el potencial superficial del objetivo y, finalmente, extingue la descarga luminiscente, imposibilitando así una pulverización catódica efectiva. Por lo tanto, la tecnología de pulverización catódica de CC solo es aplicable a la pulverización catódica de materiales conductores como metales y aleaciones, pero no a materiales aislantes como cerámicas y óxidos, lo que limita su ámbito de aplicación.
El envenenamiento del objetivo es fácil de ocurrir
Cuando se introducen gases reactivos (como oxígeno, nitrógeno, etc.) en la pulverización catódica para preparar películas compuestas, estos pueden reaccionar químicamente con la superficie del objetivo para formar una capa compuesta. Estos compuestos suelen ser materiales aislantes o semiconductores, lo que aumenta la resistencia superficial del objetivo, afecta la estabilidad de la descarga luminiscente e incluso puede provocar su envenenamiento. El envenenamiento del objetivo reduce la velocidad de pulverización catódica, dificulta el control de la composición de la película y afecta gravemente su calidad y rendimiento.
El estrés interno en la película
En la pulverización catódica de CC, tras el bombardeo del material objetivo con partículas de alta energía, los átomos pulverizados se depositan sobre la superficie del sustrato con cierta cantidad de energía. Estos átomos pueden producir distorsión reticular y defectos durante la deposición, lo que genera tensión interna en la película. Una tensión interna excesiva puede causar grietas y desprendimiento de la película, lo que reduce su vida útil y su estabilidad de rendimiento.
Rango estrecho de presión de gas
La pulverización catódica de CC requiere un rango de presión de gas de trabajo específico (generalmente de 0.1 a 10 Pa) para realizar una descarga luminiscente de forma estable. Si la presión del gas es demasiado baja, la cantidad de iones es insuficiente y dificulta mantener un plasma estable; si la presión del gas es demasiado alta, aumenta la probabilidad de colisión entre iones y moléculas de gas, lo que reduce la energía de los iones y afecta el efecto de la pulverización catódica y la calidad de la película.
La temperatura del sustrato se eleva fácilmente.
En la pulverización catódica, cuando iones de alta energía y átomos pulverizados bombardean la superficie del sustrato, transfieren parte de la energía al sustrato, provocando un aumento de su temperatura. En algunos materiales de sustrato sensibles a la temperatura (como plásticos, polímeros, etc.), las temperaturas excesivamente altas pueden causar deformación, degradación del rendimiento o incluso daños en el sustrato, lo que limita la aplicación de la tecnología de pulverización catódica de CC en la superficie de estos materiales.
Los sustratos con formas complejas son un desafío
En sustratos con formas complejas (como ranuras, agujeros, superficies curvas, etc.), la tecnología de pulverización catódica de CC dificulta garantizar la uniformidad de la película en todas sus partes. Debido a la fuerte direccionalidad de los átomos pulverizados, el espesor de la película es reducido o no se puede depositar en la zona de sombra del sustrato, lo que afecta su rendimiento general.
Pulverización catódica de CC frente a pulverización catódica de RF
Pulverización catódica de radiofrecuencia (RF) Es una tecnología que utiliza un campo eléctrico alterno de alta frecuencia generado por una fuente de alimentación de RF para lograr un recubrimiento por pulverización catódica. A diferencia de la pulverización catódica de CC, la frecuencia de salida de la fuente de alimentación para la pulverización catódica de RF suele ser una señal de RF de 13.56 MHz. En un sistema de pulverización catódica de RF, el material objetivo puede ser conductor o aislante. Cuando se aplica la fuente de alimentación de RF al material objetivo, gracias a la acción del campo eléctrico alterno de alta frecuencia, los electrones pueden obtener suficiente energía en el campo eléctrico, colisionar continuamente con moléculas de gas para ionizarlas y formar un plasma estable. En el semiciclo positivo del campo eléctrico alterno, los iones positivos se mueven hacia el material objetivo (equivalente al cátodo en este momento) y lo bombardean. En el semiciclo negativo, los electrones se mueven hacia el material objetivo, neutralizando la acumulación de cargas positivas en su superficie (especialmente importante para objetivos aislantes), evitando así la acumulación de cargas en la superficie del material objetivo y asegurando la estabilidad del proceso de pulverización catódica.
| Elemento de comparación | Pulverización catódica de CC | Pulverización catódica de radiofrecuencia (RF) |
| Definición | Una tecnología que utiliza descarga luminiscente de CC para generar iones que bombardean el material objetivo para el recubrimiento por pulverización catódica. | Una tecnología que utiliza un campo eléctrico alterno de radiofrecuencia de 13.56 MHz para generar una descarga luminiscente y lograr un recubrimiento por pulverización catódica. |
| Costo | La estructura del equipo es sencilla, utiliza principalmente fuente de alimentación de CC, con bajos costos de fabricación y mantenimiento y bajos costos de inversión inicial y operación. | Requiere el uso de una fuente de alimentación de radiofrecuencia, una red de adaptación de impedancias y otros equipos auxiliares. El proceso de fabricación es complejo y su coste es elevado. La inversión inicial y los costes de mantenimiento son superiores a los de la pulverización catódica de CC. |
| Principio | Basado en la descarga luminiscente de CC, el campo eléctrico de CC acelera los iones positivos para bombardear el cátodo (material objetivo) y la descarga se mantiene dependiendo de la conductividad del material objetivo. | Mediante un campo eléctrico alterno de radiofrecuencia, los electrones obtienen energía para ionizar el gas y formar plasma. Las características alternas pueden neutralizar las cargas positivas en la superficie de los materiales aislantes y mantener la estabilidad de la pulverización catódica. |
| Tasa de deposición | En el caso de materiales objetivos conductores, la tasa de deposición suele ser mayor con la misma potencia, la aceleración de iones es directa y la eficiencia de transferencia de energía es alta. | Para los materiales objetivo conductores, la tasa de deposición es generalmente más baja que la de la pulverización catódica de CC y la eficiencia de aceleración de iones del campo eléctrico de radiofrecuencia es baja; es un método factible para aislar materiales objetivo y la tasa depende de las propiedades del material objetivo y la potencia de radiofrecuencia, etc. |
| Presión operacional | Generalmente en el rango de 1-10 Pa, una presión más alta favorece el mantenimiento de la estabilidad de la descarga luminiscente. | Puede funcionar en un rango de 0.1 a 1 Pa. Una presión más baja reduce la dispersión de las moléculas de gas en los átomos pulverizados y mejora la densidad y la pureza de la película delgada. |
| Compatibilidad de materiales | Sólo aplicable a materiales conductores (metales, aleaciones, etc.), los materiales aislantes no pueden mantener la descarga debido a la acumulación de carga. | Tiene una compatibilidad más amplia y puede pulverizar materiales conductores, materiales aislantes (cerámicas, óxidos, etc.) y materiales semiconductores. |
El material desempeña un papel fundamental en la pulverización catódica de CC y está directamente relacionado con el rendimiento, la calidad y los campos de aplicación de la película. Los diferentes materiales presentan diferentes características de pulverización catódica y comportamientos de deposición en la pulverización catódica de CC debido a sus propiedades físicas y químicas únicas. Como uno de los materiales objetivo más utilizados en la pulverización catódica de CC, los materiales metálicos presentan buena conductividad eléctrica, alta eficiencia de pulverización catódica y diversas propiedades físicas, y se utilizan ampliamente en electrónica, óptica, energía y otros campos.
Objetivo de pulverización catódica de aluminio (Al)
El aluminio es un metal ampliamente utilizado en la pulverización catódica de CC. Se caracteriza por su baja densidad, buena conductividad eléctrica, excelente conductividad térmica y un costo relativamente bajo. Su densidad es de aproximadamente 2.7 g/cm³. En el campo de la óptica, la película de aluminio se puede utilizar como revestimiento reflector. En la industria del envasado, se utiliza para el envasado de alimentos y medicamentos.
Blanco de pulverización catódica de cobre (Cu)
El cobre posee una conductividad eléctrica y térmica extremadamente alta, con una conductividad eléctrica de aproximadamente 5.96 × 10⁷ S/m y una conductividad térmica de 401 W/(m·K). El cobre es un material ideal para la fabricación de interconexiones de circuitos integrados a gran escala y encapsulado de chips. La película de cobre también protege eficazmente contra las interferencias electromagnéticas.
Blanco de pulverización catódica de tungsteno (W)
El tungsteno tiene un punto de fusión extremadamente alto de 3422 °C, alta dureza, alta densidad (19.3 g/cm³) y buena resistencia a altas temperaturas. Se utiliza a menudo para fabricar puertas e interconexiones en circuitos integrados. Los recubrimientos de aleación de tungsteno también se utilizan para fabricar piezas de aeronaves resistentes a altas temperaturas.
Objetivo de pulverización catódica de plata (Ag)
La plata tiene la conductividad eléctrica más alta de todos los metales, aproximadamente 6.3 × 10⁷ S/m. Esto la hace importante en circuitos electrónicos, especialmente en componentes con requisitos de conductividad extremadamente altos, como circuitos de alta frecuencia, electrodos de dispositivos superconductores, etc. La película de plata también es un material de alta calidad para la fabricación de reflectores.
Objetivo de pulverización catódica de titanio (Ti)
El titanio posee excelentes propiedades, como baja densidad (aproximadamente 4.5 g/cm³), alta resistencia, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión. Posee buena biocompatibilidad y se utiliza ampliamente en prótesis articulares, implantes dentales, etc. Los equipos recubiertos de titanio también se utilizan en recipientes de reacción y tuberías resistentes a la corrosión.
Blanco de pulverización catódica de cromo (Cr)
El cromo se caracteriza por su alta dureza, buena resistencia al desgaste y alta resistencia a la corrosión. El cromado se utiliza a menudo para mejorar la dureza superficial y la resistencia al desgaste de las piezas. El cromo también actúa como capa de adhesión para las capas de interconexión metálica, mejorando así la fuerza de unión entre las diferentes capas metálicas.
Blanco de pulverización catódica de platino (Pt)
El platino posee excelente estabilidad química, actividad catalítica y resistencia a altas temperaturas. Los catalizadores de platino se utilizan ampliamente en la industria petroquímica, la química fina y otros campos. El platino, como catalizador de electrodos, puede acelerar la reacción electroquímica del hidrógeno y el oxígeno.
Blanco de pulverización catódica de molibdeno (Mo)
El molibdeno tiene un punto de fusión alto (2623 °C), buena estabilidad térmica y conductividad. Se utiliza a menudo en la fabricación de electrodos y conductores para dispositivos semiconductores. También se puede añadir al acero como elemento de aleación para mejorar su resistencia, dureza y resistencia a la corrosión.
Blanco de pulverización catódica de zinc (Zn)
El zinc posee buena resistencia a la corrosión y un bajo punto de fusión. La capa galvanizada es uno de los recubrimientos anticorrosivos más utilizados. El zinc es un importante material para electrodos negativos en baterías de zinc-manganeso, zinc-aire, etc., y su capacidad para perder electrones en reacciones químicas se aprovecha para lograr la función de descarga de la batería.
Blanco de pulverización catódica de níquel (Ni)
El níquel posee buena resistencia a la corrosión, estabilidad a altas temperaturas y magnetismo. El recubrimiento de níquel puede utilizarse para prevenir la corrosión de los equipos por medios químicos. Las películas de aleación de níquel-hierro se utilizan a menudo para fabricar medios de almacenamiento magnético. Los recubrimientos de aleación a base de níquel pueden mejorar la resistencia de las piezas a altas temperaturas.
Objetivo de pulverización catódica de oro (Au)
El oro es un metal precioso con propiedades químicas estables y buena conductividad eléctrica. El chapado en oro se utiliza a menudo en componentes clave de dispositivos electrónicos, como pines y conectores de chips. La película de oro también se utiliza para fabricar espejos y filtros ópticos de alta reflectividad, que poseen buenas características de reflexión y transmisión para la luz de longitudes de onda específicas.
Blanco de pulverización catódica de cobalto (Co)
El cobalto posee buenas propiedades magnéticas y resistencia a altas temperaturas. Las películas de aleación a base de cobalto se utilizan a menudo para fabricar materiales magnéticos permanentes de alto rendimiento, como cabezales magnéticos en discos duros e imanes permanentes en motores, entre otros. El cobalto también mejora la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la oxidación de la aleación.
Blanco de pulverización catódica de tantalio (Ta)
El tantalio posee una excelente resistencia a la corrosión, especialmente a diversos medios ácidos, alcalinos y químicos. Los reactores, tuberías, etc., recubiertos con tantalio desempeñan un papel importante en las industrias farmacéutica, química y electrónica, entre otras. Los condensadores de tantalio almacenan y liberan cargas eficazmente para garantizar el funcionamiento estable de los circuitos.
Blanco de pulverización catódica de niobio (Nb)
El niobio posee buena superconductividad, resistencia a la corrosión y resistencia a altas temperaturas. Las aleaciones de niobio-titanio y de niobio-estaño se utilizan a menudo para fabricar imanes superconductores, que se emplean en dispositivos científicos de gran tamaño, como equipos de resonancia magnética nuclear (MRI) y aceleradores de partículas, para generar campos magnéticos intensos.
Blanco de pulverización catódica de paladio (Pd)
El paladio es un metal precioso con buenas propiedades catalíticas y estabilidad química. En los catalizadores para la purificación de gases de escape de automóviles, el paladio promueve la reacción redox de gases nocivos como el monóxido de carbono, los hidrocarburos y los óxidos de nitrógeno. El paladio se puede utilizar para fabricar electrodos para condensadores cerámicos multicapa, mejorando así su rendimiento y fiabilidad.
Blanco de pulverización catódica de hierro (Fe)
El hierro posee alta resistencia y magnetismo. La pulverización catódica de CC deposita diversos recubrimientos funcionales sobre la superficie del acero, como recubrimientos de zinc resistentes a la corrosión, recubrimientos de cromo, etc., para mejorar el rendimiento y la vida útil del acero. Las películas de material magnético blando a base de hierro se pueden utilizar para fabricar núcleos de transformadores, inductores, etc.
Blanco de pulverización catódica de estaño (Sn)
El estaño tiene un punto de fusión bajo (231.9 °C), buena soldabilidad y resistencia a la corrosión. La soldadura a base de estaño es el material de soldadura más utilizado, como la soldadura de estaño-plomo, la soldadura sin plomo (como la soldadura de aleación de estaño, plata y cobre), etc. En la industria del envasado de alimentos, las láminas de acero estañadas (hojalata) se utilizan ampliamente en la fabricación de latas para alimentos.
Blanco de pulverización catódica de rodio (Rh)
El rodio es un metal raro y precioso con alta reflectividad, buena estabilidad química y propiedades catalíticas. La película de rodio se utiliza a menudo para fabricar espejos con alta reflectividad, como los de telescopios astronómicos, reflectores láser, etc. El rodio también se utiliza para fabricar electrodos y contactos para dispositivos electrónicos.
Blanco de pulverización catódica de bismuto (Bi)
El bismuto es un metal de bajo punto de fusión, con un punto de fusión de 271.4 °C. Las películas de aleación a base de bismuto se pueden utilizar para fabricar componentes electrónicos como termistores y varistores. El bismuto se puede añadir a otros metales como aditivo para mejorar sus propiedades, como la resistencia a la corrosión y el rendimiento de procesamiento del plomo.
Blanco de pulverización catódica de antimonio (Sb)
El antimonio posee cierta dureza y fragilidad. Los materiales semiconductores compuestos, como el antimoniuro de indio (InSb), poseen buenas propiedades fotoeléctricas y se utilizan a menudo para fabricar dispositivos fotoeléctricos como detectores infrarrojos y elementos Hall. El antimonio puede emplearse como elemento de aleación para mejorar la dureza y la resistencia de la aleación.
Blanco de pulverización catódica de cadmio (Cd)
El cadmio posee buena resistencia a la corrosión y un punto de fusión bajo. El cadmiado se utiliza a menudo para proteger piezas de acero contra la corrosión, especialmente en entornos marinos u otros entornos corrosivos extremos. Sin embargo, debido a su toxicidad, su uso está sujeto a ciertas restricciones.
Blanco de pulverización catódica de Ag-Pd
La aleación de plata y paladio combina la buena conductividad de la plata con la estabilidad química y las propiedades catalíticas del paladio. Se utiliza a menudo para fabricar materiales de contacto eléctrico, como contactos de relés, electrodos de componentes electrónicos de precisión, etc., manteniendo una buena conductividad y resistencia a la erosión por arco eléctrico.
Blanco de pulverización catódica de galio (Ga)
El galio es un metal de bajo punto de fusión, con un punto de fusión de 29.76 °C. Los materiales semiconductores compuestos, como el nitruro de galio (GaN) y el arseniuro de galio (GaAs), poseen excelentes propiedades eléctricas. Las aleaciones a base de galio pueden utilizarse para fabricar aleaciones de bajo punto de fusión para encapsulados electrónicos, fusibles, etc.
Blanco de pulverización catódica de indio (In)
El indio tiene un punto de fusión bajo (156.6 °C), buena ductilidad y conductividad. La película de óxido de indio y estaño (ITO) es una película conductora transparente con alta transparencia y buena conductividad. Se utiliza ampliamente en dispositivos de visualización plana como pantallas de cristal líquido (LCD), pantallas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) y pantallas táctiles.
Blanco de pulverización catódica de telurio (Te)
El telurio suele formar compuestos con otros elementos para diversos materiales funcionales. El efecto Seebeck del telururo de bismuto se utiliza para convertir la energía térmica en energía eléctrica. El telururo de bismuto también puede lograr el efecto Peltier, es decir, enfriar en un extremo y calentar en el otro.
Blanco de pulverización catódica de escandio (Sc)
El escandio es un metal de tierras raras con baja densidad, alto punto de fusión y buena estabilidad química. La película de aleación de aluminio con escandio cumple con los requisitos de la industria aeronáutica para materiales ligeros y de alto rendimiento. El recubrimiento de aleación de escandio puede mejorar la resistencia y durabilidad de los equipos deportivos, manteniendo al mismo tiempo buenas características de ligereza.
Blanco de pulverización catódica de itrio (Y)
El itrio tiene importantes aplicaciones en el campo de los materiales superconductores de alta temperatura y los materiales cerámicos. El óxido de itrio, bario y cobre (YBCO) es un material superconductor de alta temperatura típico con una alta temperatura de transición superconductora, capaz de alcanzar un estado superconductor por encima de la temperatura del nitrógeno líquido (77 K).
Aplicación de la pulverización catódica de CC
La tecnología de pulverización catódica de CC se ha utilizado ampliamente en muchos campos debido a sus ventajas únicas, cubriendo múltiples industrias como la electrónica, la óptica, la maquinaria, la industria aeroespacial, la biomedicina, etc.:
Campo de la electrónica
En la fabricación de circuitos integrados, la tecnología de pulverización catódica de CC se utiliza para depositar capas de interconexión metálicas (como aluminio, cobre, etc.) para lograr conexiones eléctricas entre diferentes componentes dentro del chip. En la fabricación de transistores de película delgada, la pulverización catódica de CC se utiliza para depositar electrodos metálicos como fuente, drenador y puerta, así como capas aislantes (como óxido de aluminio, dióxido de silicio, etc.). En dispositivos de almacenamiento magnético como unidades de disco duro y cintas magnéticas, la tecnología de pulverización catódica de CC se utiliza para preparar películas magnéticas (como aleaciones a base de cobalto, aleaciones de hierro-níquel, etc.) para lograr un almacenamiento de alta densidad y una lectura estable de datos. En la fabricación de diversos sensores (como sensores de presión, sensores de temperatura, sensores magnéticos, etc.), la tecnología de pulverización catódica de CC se utiliza para depositar películas funcionales como capas sensibles, electrodos y capas aislantes.
campo óptico
La tecnología de pulverización catódica de CC se utiliza ampliamente en la preparación de diversas películas ópticas, como películas antirreflectantes, películas de alta reflexión, filtros, etc. Las películas antirreflectantes pueden reducir la reflexión de la luz en la superficie de los componentes ópticos y mejorar la transmitancia de la luz. Se utilizan a menudo en gafas, lentes de cámaras, etc. Las películas de alta reflexión tienen una alta reflectividad para la luz de una longitud de onda específica y pueden utilizarse para reflectores, resonadores láser, etc. Los filtros pueden transmitir o absorber selectivamente la luz de una longitud de onda específica y tienen importantes aplicaciones en el análisis espectral, las comunicaciones ópticas y otros campos. Los materiales de película delgada óptica más utilizados incluyen óxido de aluminio, óxido de titanio, sulfuro de zinc, etc. La pulverización catódica de CC puede controlar con precisión el espesor y el índice de refracción de la película para garantizar la estabilidad del rendimiento óptico.
Campo de fabricación mecánica
La tecnología de pulverización catódica de CC permite depositar recubrimientos resistentes al desgaste, a la corrosión y a altas temperaturas sobre la superficie de piezas mecánicas para aumentar su vida útil y rendimiento. Por ejemplo, la pulverización catódica de recubrimientos de nitruro de titanio (TiN) y carburo de titanio (TiC) sobre la superficie de la herramienta puede mejorar significativamente su dureza y resistencia al desgaste; la pulverización catódica de recubrimientos de aleaciones de níquel-cromo y titanio, entre otros, sobre la superficie de piezas resistentes al desgaste, como rodamientos y engranajes, puede mejorar su resistencia al desgaste y a la corrosión. La pulverización catódica de CC deposita recubrimientos duros (como nitruro de titanio, carburo de silicio, etc.) sobre la superficie del molde, lo que mejora la dureza superficial, la resistencia al desgaste y el rendimiento de desmoldeo del molde, además de reducir los costes de mantenimiento.
campo aeroespacial
Los componentes del motor y las superficies del fuselaje de los vehículos aeroespaciales funcionan en entornos hostiles, como alta temperatura, alta presión y corrosión. La tecnología de pulverización catódica de CC permite depositar aleaciones de alta temperatura a base de níquel, recubrimientos cerámicos (como óxido de circonio), etc., para formar recubrimientos de barrera térmica que protegen eficazmente los componentes de la erosión por alta temperatura. La pulverización catódica de CC deposita aleaciones de titanio-aluminio, magnesio-litio y otros recubrimientos sobre la superficie de los componentes estructurales de las aeronaves, lo que no solo mantiene la alta resistencia de los componentes, sino que también reduce su peso. En los equipos electrónicos aeroespaciales, para evitar interferencias electromagnéticas y garantizar el funcionamiento normal del equipo, los componentes y las carcasas electrónicos deben estar protegidos electromagnéticamente. Los recubrimientos de cobre, níquel y otros metales sometidos a pulverización catódica de CC tienen buena conductividad y pueden utilizarse como capas de protección electromagnética para bloquear eficazmente la propagación de la radiación electromagnética.
Campo biomédico
En la superficie de dispositivos médicos implantables, como prótesis articulares, implantes dentales y stents cardíacos, es necesario depositar un recubrimiento con buena biocompatibilidad para promover la integración tisular y reducir el rechazo. Los recubrimientos de titanio y sus aleaciones pueden formar una buena adhesión al tejido óseo humano tras la deposición por pulverización catódica de corriente continua (DC), lo que mejora la estabilidad y la seguridad de los implantes. Para prevenir infecciones bacterianas en la superficie de dispositivos médicos e implantes, la tecnología de pulverización catódica de corriente continua (DC) permite depositar recubrimientos con propiedades antibacterianas, como recubrimientos de plata y de óxido de zinc. Estos recubrimientos liberan iones antibacterianos, inhiben el crecimiento y la reproducción de bacterias y reducen el riesgo de infección.
Conclusión
La tecnología de pulverización catódica de CC es un importante método de deposición física de vapor que ofrece ventajas como equipo sencillo, bajo coste, alta velocidad de deposición y buena uniformidad de película. La pulverización catódica de CC es compatible con diversos metales, aleaciones y algunos compuestos conductores, y permite producir películas con diferentes funciones para satisfacer las diversas necesidades de rendimiento de diversas industrias. Sin embargo, esta tecnología también presenta ciertas limitaciones, como su aplicación exclusiva en objetivos conductores, su propensión a la contaminación del objetivo y la tensión interna en la película. En la práctica, es necesario optimizar el proceso según las necesidades específicas o combinarlo con otras tecnologías.