Вольфрамовые мишени для напыления ВРН в Минске

Вольфрамовые мишени для напыления ВРН: характеристики и применение

Вольфрамовые мишени для напыления ВРН — это изделия из вольфрама высокой чистоты, предназначенные для формирования тонкопленочных покрытий методом физического осаждения из газовой фазы (PVD). Маркировка ВРН указывает на вольфрам, полученный методом вакуумной плавки с последующей термомеханической обработкой, что обеспечивает минимальное содержание газовых примесей и стабильную структуру материала.

Ключевое отличие мишеней ВРН от стандартных спеченных аналогов — высокая плотность материала (19,2–19,3 г/см), достигаемая за счет переплава в вакуумной дуговой или электронно-лучевой печи. Это исключает наличие остаточной пористости, характерной для порошковой металлургии, и гарантирует равномерную эрозию поверхности в процессе распыления. Чистота материала по основному элементу составляет не менее 99,96 %, а содержание кислорода не превышает 0,002 %.

Технологические особенности распыления

Мишени ВРН применяются в установках магнетронного распыления и электронно-лучевого испарения. Высокая температура плавления вольфрама (3422 C) определяет использование преимущественно магнетронных источников постоянного тока (DC) и среднечастотных (MF) с плотностью мощности до 20 Вт/см. Для стабилизации процесса распыления рекомендуется работа в атмосфере аргона высокой чистоты (99,998 %) при рабочем давлении 0,1–1,0 Па.

Скорость распыления вольфрамовых мишеней ВРН при плотности тока 10 А/дм составляет 0,8–1,2 нм/с, что позволяет формировать покрытия толщиной от 0,1 до 10 мкм за один технологический цикл. Равномерность толщины пленки на подложке диаметром 200 мм достигает 3 % при правильно подобранной конфигурации магнитного поля.

Структура и механические свойства

Материал ВРН имеет мелкозернистую рекристаллизованную структуру с размером зерна 20–50 мкм, что обеспечивает изотропию свойств по всему объему мишени. Твердость по Виккерсу составляет 350–450 HV, предел прочности при растяжении — 400–550 МПа. Такое сочетание характеристик предотвращает растрескивание и сколы при термическом циклировании в процессе напыления.

Геометрические параметры и исполнение

Мишени ВРН поставляются в форме дисков, прямоугольных пластин и цилиндрических труб. Стандартный размерный ряд включает диски диаметром 50–300 мм и толщиной 3–10 мм, а также пластины длиной до 600 мм. Для крепления к водоохлаждаемому катоду предусмотрена обработка посадочной поверхности с шероховатостью Ra не более 1,6 мкм и допуском плоскостности 0,05 мм на 100 мм длины.

По согласованию с заказчиком выполняется профилирование рабочей поверхности — фаски, радиусы скругления кромок, отверстия под крепеж. Для увеличения коэффициента использования материала (до 85 %) применяется двухслойная конструкция с медной подложкой, соединяемой с вольфрамовой частью методом диффузионной сварки.

Области применения

Покрытия, формируемые с использованием мишеней ВРН, эксплуатируются в условиях высоких температур, агрессивных сред и интенсивного механического износа. Основные направления использования:

• Рентгеновская оптика — формирование отражающих слоев для зеркал синхротронных источников и рентгеновских телескопов
• Полупроводниковая промышленность — барьерные слои в интегральных схемах и силовой электронике на основе нитрида галлия
• Термоэмиссионные катоды — эмиссионные покрытия для мощных электровакуумных приборов
• Авиационная и ракетная техника — жаростойкие покрытия для лопаток турбин и камер сгорания
• Ядерная энергетика — защитные слои для элементов конструкций, работающих при нейтронном облучении
• Солнечная энергетика — контактные слои в тонкопленочных фотоэлектрических преобразователях

Критерии выбора и контроль качества

При подборе мишени ВРН для конкретного процесса напыления учитываются три основных параметра: плотность теплового потока на поверхности мишени, требуемая скорость осаждения и химическая совместимость с осаждаемым материалом. Для процессов с реактивным напылением в атмосфере кислорода или азота необходимо контролировать содержание углерода в исходном материале — оно не должно превышать 0,005 %, чтобы избежать образования карбидных включений в пленке.

Каждая партия мишеней ВРН проходит входной контроль на соответствие химическому составу методом атомно-эмиссионного анализа и ультразвуковую дефектоскопию на наличие внутренних расслоений. Допустимая площадь поверхностных дефектов (царапины, раковины) не превышает 0,5 % от общей площади рабочей поверхности.

Вопросы и ответы