L’amélioration du Processus de Gaz de Contrôle Optimise la Pulvérisation Réactive

Les algorithmes personnalisés de réponse de vanne dans les contrôleurs de flux produisent de meilleurs films, avec un meilleur contrôle de l’état de transition de la cible.

La Pulvérisation Réactive

La pulvérisation cathodique réactive est un type de procédé de dépôt physique en phase vapeur utilisé pour produire des revêtements sous vide à couches minces. Le processus dépose un revêtement de matériau composite sur un substrat en introduisant un gaz réactif, tel que le O2 ou N2, dans un plasma typiquement généré en utilisant un gaz inerte, tel que l’argon. Le gaz réactif est activé par le plasma, puis réagit chimiquement avec une « cible » — constituée normalement de métaux, d’alliages ou de céramiques — produisant un matériau de revêtement qui est déposé sur un substrat. Le revêtement d’oxyde, de nitrure ou de carbure qui en résulte confère des propriétés telles qu’une faible émissivité ou durabilité au substrat qui est revêtu.

Le dépôt par pulvérisation cathodique réactive est très couramment utilisé dans les procédés de fabrication et de R + D, tels que :

  • Les écrans plats pour téléviseurs et téléphones portables
  • Les revêtements photovoltaïques sur les cellules solaires
  • Optical coatings on sunglasses
  • Decorative coatings on hardware and automotive components
  • Insulating coatings on architectural glass

Les régulateurs de débit massique Alicat sont compatibles avec les gaz réactifs les plus courants. Ces gaz – et certains de leurs composés typiques – sont :

  • L’Oxygène (O2) – créant ainsi des oxydes tels que les Al2O3, SiO2, TiO2, ITO (oxyde d’indium et d’étain)
  • Le Nitrogène (N2) – produisant des nitrures tels que les TiN, ZrN, CrN
  • L’Acétylène (C2H2) ou méthane (CH4) – pour les films de carbone de type diamant

Contrôler le processus de pulvérisation

En contrôlant la quantité et la synchronisation des flux de gaz réactifs, les vitesses de dépôt et les propriétés du film peuvent être ajustées avec une certaine précision. L’utilisation du contrôle de flux ne nécessite pas de feedback actif, mais la vitesse de dépôt est inférieure à celle du contrôle en boucle fermée, et les propriétés du film peuvent être moins qu’optimales.

Un contrôle en boucle fermée de la pression partielle fournit des vitesses de dépôt plus élevées par rapport au contrôle de flux et les propriétés du film sont améliorées. Mais le contrôle en boucle fermée nécessite un contrôle actif de la rétroaction [feedback, en anglais], ce qui va augmenter la complexité et le coût du processus. Tout aussi important est que le système réagisse rapidement et précisément au feedback, pour assurer un bon revêtement. Puisque les réactions sont électrochimiques, et peuvent se produire en millisecondes d’exposition de la cible au gaz ou du substrat au nuage de plasma, les exigences de contrôle peuvent être très serrées.

Les systèmes de contrôle dits de boucle fermée mesurent les conditions de processus en temps réel grâce à des signaux de feedback. Les signaux couramment utilisés comprennent :

  • La tension de la cible
  • L’Emission optique à partir du plasma, souvent appelée surveillance des émissions plasmatiques ou PEM
  • La pression partielle du gaz réactif, mesurée par un analyseur de gaz résiduels ou RGA

Eviter l’empoisonnement de la Cible

Une autre variable importante pour déterminer la qualité du dépôt est l’état de la cible pendant le processus de pulvérisation. L’augmentation du flux de gaz réactif vers le processus accélère la réaction chimique, mais peut également provoquer une couverture complète de la cible ou « empoisonnement de la cible ». Lorsque cet empoisonnement de la cible se produit, le processus peut être affecté négativement. Une diminution du taux de dépôt, ainsi que des changements indésirables dans les niveaux de vide et de tension peuvent se produire et endommager la cible et le substrat. Les systèmes de contrôle de processus boucle fermée sont utilisés pour maintenir l’état de « transition » de la cible et éviter ainsi l’empoisonnement.

Le contrôle boucle fermée est également plus flexible que le contrôle de flux, ce qui permet un contrôle de processus multi-gaz et multi-zones. Les MFC Alicat offrent une programmabilité PID ajustable sur le terrain pour les experts en revêtement afin d’atteindre la vitesse de réponse la plus rapide de tous les régulateurs de débit massique, améliorant ainsi la stabilité du processus et les conditions de la chambre de revêtement. Les algorithmes PID et PDF+ optimisent le contrôle en modifiant le débit et la manière des commandes de contrôle de réponse. Nombreux algorithmes PID sont disponibles, permettant à l’utilisateur de générer la meilleure réponse de contrôle de flux possible à tous les signaux de contrôle de processus.

 Les MFC Alicat sont compatibles avec les connexions mécaniques et électriques utilisées sur les outils de pulvérisation cathodique existants, et sont souvent utilisés comme moyen de mise à niveau ou de mise à jour des contrôles de processus. De nombreuses interfaces numériques et analogiques sont disponibles, notamment les RS-232 et RS-485. Ils peuvent être combinés avec des protocoles tels que DeviceNet and EtherNet/IP.

Les contrôleurs de débit massique Alicat incluent la fonctionnalité Gas Select ™. Avec celle-ci, vous pouvez facilement changer de gaz sans avoir besoin de calculs de facteur K ou d’autres compensations, car chaque MFC contient une base de données de propriétés de gaz couvrant la gamme complète de pressions et de températures de fonctionnement. Combinant le Gas Select avec une plage de contrôle étendue de 200 à 1, les utilisateurs réduisent considérablement le nombre de MFC différents nécessaires pour répondre aux exigences de la pulvérisation cathodique réactive.

Les ingénieurs d’application d’Alicat peuvent vous aider à trouver les meilleurs contrôleurs de débit massique pour votre application de pulvérisation cathodique réactive. Contactez-les en utilisant notre système de chat en ligne, appelez-nous, envoyez-nous une question sur un formulaire Web ou envoyez un email à info@alicat.com.

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