Sistema HiPIMS
Sistema HiPIMS - ToronHiPIMS™ 1000
Sistema de pulverización catódica por magnetrón de impulsos de alta potencia (HiPIMS)
El sistema HiPIMS es un sistema de pulverización catódica por magnetrón de impulsos de alta potencia totalmente automatizado para la deposición de películas delgadas en investigación y producción que requieren alta ionización de plasma. Los pulsos de alto voltaje de 300 a 1000 VCC con ancho ajustable generan una densidad de ionización del 70 al 90 %, produciendo un flujo de vapor de metal ionizado que promueve la densidad, la adhesión y la conformabilidad de la película. La cámara de acero inoxidable SS304 (de 30 a 60 cm, prismática o cilíndrica) alcanza una presión base de 10⁻⁷ Torr con una a cuatro fuentes HiPIMS. La pantalla táctil y las pantallas LCD en tiempo real gestionan el ciclo de deposición automatizado.
Una opción de plasma pulsado de CC sincronizado permite la limpieza in situ de la superficie del sustrato antes de la deposición, eliminando óxidos nativos y contaminantes sin romper el vacío. La sincronización entre el objetivo y la muestra, con monitorización de voltaje, corriente y temporización, proporciona un control preciso de la secuencia de pulsos, lo que facilita la optimización de la estructura de la película en los procesos HiPIMS. Las entradas de gas controladas por caudalímetro másico, con válvulas de aislamiento, admiten Ar, N₂ y otros gases de proceso para la deposición reactiva HiPIMS de nitruros, óxidos y carburos. La cámara mantiene el vacío mediante una válvula de aislamiento entre ciclos, lo que reduce el tiempo de procesamiento.
La temperatura del sustrato se controla mediante un controlador PID entre 50 y 600 °C, con una velocidad de rotación de 2 a 30 rpm para lograr una deposición homogénea de la película sobre la superficie del sustrato. El espesor de la película y la velocidad de deposición se monitorizan en tiempo real mediante un controlador de doble canal con entre 1 y 4 sensores QCM a 0.1 Å/s, con una salida promedio de todos los sensores. El sistema incluye iluminación interna y capacidad de horneado a 120 °C para el acondicionamiento de la cámara y la eliminación de la humedad antes de la deposición. Sus dimensiones de 75 × 120 cm, con ruedas con freno, permiten el paso por puertas estándar de 85 cm.
Sistema HiPIMS - Aplicaciones ToronHiPIMS™ 1000
El sistema HiPIMS satisface las necesidades de deposición de películas delgadas donde la pulverización catódica por magnetrón convencional no alcanza la densidad, la adhesión y la conformabilidad necesarias para aplicaciones avanzadas de recubrimiento y dispositivos. Su alta fracción de ionización, su capacidad para gases reactivos y la sincronización entre el blanco y la muestra lo hacen aplicable a una amplia gama de materiales y geometrías de sustrato.
- Deposición de recubrimientos duros y películas resistentes al desgaste: Deposición HiPIMS de TiN, CrN, TiAlN, DLC y recubrimientos duros relacionados en herramientas de corte, moldes y componentes mecánicos que requieren alta densidad de película y fuerte adhesión.
- Investigación sobre películas delgadas ópticas: Deposición reactiva HiPIMS de recubrimientos de TiO₂, SiO₂ y otros óxidos ópticos con excelente control estequiométrico y baja dispersión óptica.
- Investigación en semiconductores y microelectrónica: deposición de capas barrera, metales de contacto y películas de óxido funcional sobre sustratos de obleas que requieren películas densas y sin poros a temperaturas de sustrato controladas.
- Investigación sobre energía y células solares: Deposición reactiva HiPIMS de óxidos conductores transparentes, absorbentes de nitruro y capas de contacto funcionales para la investigación en sistemas fotovoltaicos de película delgada y almacenamiento de energía.
- Recubrimiento de implantes biomédicosDeposición HiPIMS de recubrimientos biocompatibles de TiN, DLC y similares sobre superficies de implantes que requieren una fuerte adhesión y una baja densidad de defectos en la interfaz película-sustrato.
- Deposición de la capa de barrera de difusión y encapsulación: deposición de capas barrera densas y conformadas de nitruro y óxido para aplicaciones de empaquetado microelectrónico y encapsulado de dispositivos OLED.
- Investigación sobre películas reactivas de nitruro y carburo: Deposición controlada y reactiva mediante HiPIMS de nitruros, carburos y carbonitruros de metales de transición para programas de investigación en ciencia de materiales e ingeniería de superficies.
Sistema HiPIMS - Características principales del ToronHiPIMS™ 1000
El sistema HiPIMS integra la pulverización catódica por magnetrón pulsado de alto voltaje con el calentamiento del sustrato mediante PID, el control de gas MFM, la limpieza superficial sincronizada con CC pulsada y la deposición automatizada capa por capa en una única plataforma de alto vacío.
- Densidad de ionización del 70 al 90% con pulsos ajustables de 300 a 1000 VCC.La ionización de plasma muy alta distingue a HiPIMS de la pulverización catódica convencional, lo que permite una energía iónica controlada en la superficie del sustrato para mejorar la densidad, la adhesión y la conformabilidad de la película.
- De 1 a 4 fuentes de pulverización catódica HiPIMS configurables: configuración de objetivo único o múltiple para deposición de multicapas secuenciadas, por codeposición de material único o por pulverización catódica conjunta, en un ciclo de vacío.
- Sincronización de la muestra objetivo con visualización de voltaje, corriente y temporización.: La sincronización de pulsos entre el objetivo y la polarización del sustrato está sincronizada, con visualización en tiempo real de los parámetros de voltaje, corriente y temporización para la optimización y reproducibilidad del proceso.
- Limpieza de superficies mediante plasma pulsado de CC sincronizadoLa preparación in situ de la superficie del sustrato mediante plasma sincronizado elimina los óxidos nativos y los contaminantes sin romper el vacío antes de que comience la deposición.
- Control informático totalmente automático con pantalla táctil.Todas las operaciones del sistema se gestionan automáticamente a través de un panel táctil con visualización LCD del estado en tiempo real durante todo el proceso de deposición.
- Cámara SS304 (de 30 a 60 cm, prismática o cilíndrica)Cámara de acero inoxidable limpia y electropulida, disponible en múltiples tamaños para diferentes configuraciones de sustrato y carga.
- Puertos pasamuros estándar de 1 pulgada, QF, CF e ISO.La selección de puertos configurable admite la integración flexible de paso, medición y acceso al proceso.
- Iluminación interior y capacidad de horneado a 120 °C.Iluminación interna para inspección visual de la cámara y opción de horneado para eliminar la humedad y acondicionar la cámara antes de las extracciones de alta pureza.
- Presión base de 10⁻⁷ Torr con bombeo rápido.Alcanza 10⁻⁶ Torr en 30 minutos; combinación de bomba turbomolecular y mecánica con bomba criogénica y bomba seca como opciones.
- Control de vacío de amplio rango (de 1000 a 10⁻⁹ Torr): La medición y el control de vacío integrados cubren todo el rango de presión tanto para la introducción de gas de proceso como para la monitorización del vacío base.
- Calentamiento del sustrato mediante PID de 50 a 600 °CControl de temperatura del sustrato mediante PID en un amplio rango, lo que permite la deposición a temperaturas elevadas para una buena cristalinidad y adhesión de la película.
- Rotación de muestra ajustable de 2 a 30 rpm: rotación ajustable de forma continua para una distribución uniforme del espesor de la película sobre el sustrato durante la deposición.
- Entradas de gas controladas por MFM con válvulas de aislamiento: suministro controlado por caudalímetro másico de Ar, N₂ y otros gases de proceso para procesos HiPIMS inertes y reactivos, con relleno de cámara de Ar o N₂.
- Monitorización de espesor de doble canal a 0.1 Å/s con 1 a 4 QCM.: medición precisa de la tasa de deposición y del espesor acumulado con salida de valor promedio en múltiples sensores QCM.
- Refrigeración por agua automática de circuito cerrado: La refrigeración activa por agua gestiona el calor procedente de las fuentes de alimentación, los objetivos y las paredes de la cámara durante todo el funcionamiento de HiPIMS.
- Mantener el vacío entre ciclos: La válvula de aislamiento mantiene la cámara al vacío cuando no está en uso, lo que reduce el tiempo de evacuación entre experimentos sucesivos.
- Deposición capa a capa totalmente automatizada: El control de deposición automatizado cubre cada capa de forma independiente, lo que permite secuencias de procesos multicapa sin intervención manual.
- Plataforma móvil de 75 × 120 cmSu base de 75 × 120 cm sobre ruedas con freno permite pasar por puertas estándar de 85 cm para una colocación flexible en laboratorios y plantas de producción.
- Garantía completa de un añoCobertura para diseño, materiales y mano de obra.
Teoría y método
HiPIMS aplica densidades de potencia extremadamente altas a un blanco de magnetrón durante breves pulsos de alto voltaje, alcanzando niveles de potencia instantáneos muy superiores a los de la pulverización catódica convencional de CC o RF. En el pico de potencia del pulso, la densidad del plasma cerca del blanco aumenta bruscamente, ionizando una gran fracción de los átomos metálicos pulverizados antes de que alcancen el sustrato. Estas especies metálicas ionizadas se desplazan bajo el plasma y los campos de polarización aplicados, lo que permite un ángulo de deposición controlado y una mayor densidad de película en geometrías de sustrato complejas. El ancho del pulso, el voltaje y la frecuencia de repetición se pueden ajustar de forma independiente para cada material y proceso.
El rango de pulsos de 300 a 1000 VCC y el ancho ajustable permiten determinar la fracción de ionización para un objetivo específico. Las densidades de ionización del 70 al 90 % distinguen claramente a HiPIMS de la pulverización catódica convencional, donde la mayor parte del flujo pulverizado llega al sustrato como átomos neutros con una amplia distribución angular. La sincronización entre el objetivo y la muestra coordina la llegada del flujo ionizado con la polarización aplicada al sustrato, lo que permite controlar la energía iónica en la superficie de crecimiento independientemente de las condiciones del plasma. Una opción de CC pulsada sincronizada extiende este mismo enfoque de activación por pulsos a la limpieza de la superficie in situ antes de la deposición.
La técnica HiPIMS reactiva introduce N₂, O₂ u otros gases reactivos mediante entradas controladas por MFM, formando películas de nitruro, óxido o carburo a partir de blancos de metal puro. La alta fracción de ionización reduce el efecto de histéresis que limita la estabilidad de la velocidad en la pulverización catódica reactiva convencional, ampliando así la ventana de proceso estable. Una válvula de aislamiento mantiene el vacío de la cámara entre deposiciones, y una opción de horneado a 120 °C acondiciona las paredes de la cámara para una baja presión base. Una combinación de bomba turbomolecular y mecánica, con opciones de bomba criogénica y bomba seca, alcanza una presión base de 10⁻⁷ Torr.
Sistema HiPIMS - Especificaciones técnicas del ToronHiPIMS™ 1000
| Parámetro | Especificación |
|---|---|
| Voltaje de pulso HiPIMS | 300 1000 a VDC |
| Ancho de pulso de HiPIMS | Ajustable |
| Densidad de ionización del plasma | 70 a 90% |
| Número de fuentes de HiPIMS | De 1 a 4 (configurable) |
| Sincronización de la muestra objetivo | Sí; pantalla de voltaje, corriente y temporización |
| Limpieza de superficies con plasma | Plasma pulsado de CC sincronizado |
| Entradas de gas | Ar, N₂ y otros; controlado por MFM; válvulas de aislamiento; relleno de Ar o N₂. |
| material de cámara | SS304 (prismático o cilíndrico) |
| Tamaños de las cámaras | Tamaño de la caja: 30/40/50/60 cm |
| Acabado de la superficie de la cámara | Electropulido |
| Puertos de paso | Estándar de 1 pulgada, QF, CF, ISO |
| Iluminación Interna | Sí: |
| Capacidad de horneado | Hasta 120 °C (interno) |
| Presión base | 10⁻⁷ Torr |
| Nivel de vacío de trabajo (tiempo de bombeo) | 10⁻⁶ Torr en 30 minutos |
| Rango de control de vacío | 1000 a 10⁻⁹ Torr |
| Configuración de la bomba | Turbomolecular + Mecánica (bomba criogénica y bomba seca como opciones) |
| Rango de calentamiento de la muestra | De 50 a 600 °C (controlado por PID) |
| Velocidad de rotación de la muestra | 2 a 30 rpm |
| Monitoreo de espesor | Doble canal; precisión de 0.1 Å/s; de 1 a 4 QCM; valor promedio |
| Sistema de refrigeración | Refrigeración por agua automática de circuito cerrado |
| Sistema de control | Control informático totalmente automático; panel táctil; pantalla LCD en tiempo real. |
| Footprint | 75 x 120 cm |
| Espacio libre para puertas | Pasa por una puerta estándar de 85 cm. |
| Movilidad | Ruedas bloqueables |
| Garantía | 1 año (diseño, materiales y mano de obra) |