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Entwicklung und Optimierung von Prozeßkomponenten zur ionenunterstützten Abscheidung bei PVD-Verfahren

 
: Olbrich, W.

Berlin u.a.: Springer, 1994, 126 S.
Stuttgart, Univ., Diss., 1994
IPA-IAO Forschung und Praxis, 202
ISBN: 3-540-58511-7
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IPA ()
Abscheidung; Aufdampfen; Beschichtung; plasma; PVD (Physical vapour deposition)

Abstract
In einer Analyse der ionenunterstützten PVD-Verfahren werden die physikalisch-chemischen Mechanismen bei einem Ionenbeschuß mit niederenergetischen Ionen (bis 1000 eV) während des Beschichtungsprozesses dargestellt. Die aus der ionenunterstützten Abscheidung resultierenden Vorteile in den Gebrauchseigenschaften einer Beschichtung sind vielfältig, basieren jedoch fast ausschließlich auf einem Verbessern der Mikrostruktur abgeschiedener Schichten infolge des Ionenbeschusses. Bei PVD-Prozessen, die von einem andauernden Ionenbeschuß unterstützt werden, ist die Beschichtungstemperatur unmittelbar von der Ionenenergie abhängig, beim Einsatz einer DC-Biasspannung ist die Beschichtungstemperatur also mit der Höhe der Biasspannung verknüpft. Zur bewußten Steuerung der Wachstumsbedingungen ist es jedoch erforderlich, die Temperatur unabhängig von der Biasspannung bzw. der Teilchenenergie einzustellen. Die zentrale Aufgabe dieser Arbeit ist die Entwicklung der überlagert gepulsten Biasspannung u nd die Untersuchung ihrer Verwendbarkeit in PVD-Prozessen. Die überlagert gepulste Biasspannung ist eine Spannung, die aus einer Grundspannung (Gleichspannung, DC) und einer ihr überlagerten DC-Pulsspannung zusammengesetzt ist. Der Zweck der überlagert gepulsten Biasspannung ist, während eines PVD-Prozesses einen energieerhöhten Ionenbeschuß zu generieren. In Beschichtungsversuchen wird bestätigt, daß sich die Mechanismen der Schichtbildung bei einem kontinuierlichen Ionenbeschuß, die in Strukturzonenmodellen beschrieben sind, auf einen gepulsten Ionenbeschuß übertragen lassen. Mit der überlagert gepulsten Biasspannung läßt sich dieser energieerhöhte Ionenbeschuß allerdings realisieren, ohne daß die Beschichtungstemperatur wesentlich ansteigt. Bei gesputterten Metallschichten (Chrom, Kupfer) wird gezeigt, daß ein stengelförmiges Wachstum der Schicht durch den energieerhöhten Ionenbeschuß vermieden werden kann, ohne eine meßbare Temperaturerhöhung zu erzeugen. Resultierend aus den Mikr o strukturänderungen werden die Schichteigenspannungen verändert. Die Verbundfestigkeit der Hartstoffschichten bzw. die Haftfestigkeit der Metallisierungen wird durch den Einsatz der überlagert gepulsten Biasspannung verbessert. Die Rauheit der Schichten nimmt mit zunehmender Pulsspannung ab. Die Mikrohärte, insbesondere von gesputterten Schichten, wird durch die Schichtbildung unter überlagertem Ionenbeschuß erhöht. Die Korrosionsbeständigkeit chrombesputterter Bauteile wird sehr stark verbessert, wenn beim Beschichten eine überlagert gepulste Biasspannung eingesetzt wird. An einigen Beispielen wird abschließend die Eignung der hier entwickelten Verfahrensmodifikation zur Verbesserung der Qualität von beschichteten Bauteilen dargestellt. Bei Textilmaschinennadeln kann die Haftfestigkeit und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung vor allem an funktionell wichtigen Stellen erhöht werden. Eine gleichmäßige Beschichtung der Gewindegänge von Aluminiumschrauben wird durch die überlagert gepu l st e Biasspannung ermöglicht. Eine galvanotechnische Beschichtung eines Kunststoffes oder von Titan ist durchführbar, indem zunächst mit Hilfe der überlagert gepulsten Biasspannung eine dichte PVD-Metallschicht auf einem Bauteil abgeschieden wird. Ebenso zeigt die neue Verfahrenskomponente sehr gute Ergebnisse bei der Beschichtung von Stereolithographieteilen. Im allgemeinen wird durch den Einsatz der überlagert gepulsten Biasspannung die Gleichmäßigkeit der Schicht, die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und auch die dekorative Wirkung einer PVD-Beschichtung verbessert.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/PX-46614.html