การศึกษาสภาวะที่เหมาะสมสำหรับเคลือบสารต่าง ๆ ด้วยวิธีสปัตเตอริง

Abstract

โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อศึกษาการเตรียมฟิล์มบางโดยวิธีการสปัตเตอริงสำหรับสารเคลือบชนิดต่างๆซึ่งเป็นการต่อเนื่องจากปีแรก โดยเป็นการปรับปรุงระบบเคลือบฟิล์มบาง การทดสอบอัตราเคลือบและความสม่ำเสมอของระบบ ซึ่งมีผลการศึกษานี้คือได้ปรับปรุงระบบเคลือบเดิมซึ่งเป็นแบบ ดีซี แมกนีตรอน สปัตเตอริง มาเป็นแบบ ดีซี อันบาลานซ์ แมกนีตรอน สปัตเตอริง ซึ่งมีส่วนประกอบสำคัญคือ ระบบสุญญากาศ ภาชนะสุญญากาศ คาโทดและเป้าสารเคลือบ ระบบน้ำหล่อเย็น ระบบจ่ายไฟฟ้าและระบบป้อนแก๊ส ภาชนะสุญญากาศทำจากเหล็กกล้า สเตนเลสทรงกระบอกมีปริมาตรประมาณ 9.14 ลิตร คาโทดมีพื้นที่เป้าสารเคลือบแผ่นกลบขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 7.6 เซนติเมตร พร้อมคาโทดชีลด์ พร้อมติดตั้งแม่เหล็กชนิด NdFeB ไว้ด้านหลังเป้าสารเคลือบเพื่อให้สนามแม่เหล็กมีลักษณะไม่สมมาตรจึงใช้แม่เหล็กวางทั้งแกนกลางและรอบนอกเป็นวงแหวน โดยสนามแม่เหล็กที่แกนกลางมีค่าประมาณ 1000 เกาส์ ส่วนบริเวณวงแหวนจะมีค่าประมาณ 490 เกาส์ ระบบน้ำหล่อเย็นใช้หล่อเย็นคาโทด เป้าสารเคลือบและส่วนบนของเพลทวาล์วของเครื่องสูบแพร่ไอระบบจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูง แบบฟูลเวฟ สามารถปรับความต่างศักย์ ช่วง 0-500 โวลต์ กระแสไฟฟ้าคงที่ ที่ 0-20 แอมป์ ระบบป้อนแก็สควบคุมด้วยวาล์วเปิด – ปิด และควบคุมปริมาณแก๊สที่เข้าสู่ระบบที่แผ่นปิดบนและมีท่อนำแก๊สต่อเข้ากับคาโทดซีลด์ จากการศึกษาการกระจายตัวของสารเคลือบของสารเคลือบของระบบเคลือบพบว่า มีลักษณะเป็นวงกลมโดยที่บริเวณกลางเป้าฟิล์มที่ได้จะหนาที่สุดและเบาบางลงตามแนวรัศมีโดยระยะห่างระหว่างเป้าสารเคลือบและวัสดุรองรับที่เหมาะสมที่สุด 12 เซนติเมตรจากเป้าสารเคลือบ พื้นที่ที่ให้ฟิล์มสม่ำเสมอประมาณ 4x4 เซนติเมตร สำหรับอัตราการเคลือบฟิล์มของระบบพบว่าทองแดงมีอัตราเคลือบสูงสุดคือ 0.047 ไมครอนต่อวินาที รองลงมาได้แก่อะลูมิเนียม ทองและไททาเนียมตามลำดับ จากการศึกษาพบว่าเงื่อนไขที่ดีที่สุดสำหรับการเคลือบฟิล์มบางคือที่ระยะ 12 เซนติเมตร จากหน้าเป้าสารเคลือบ และใช้ความดันขณะเคลือบ 3x10-3 มิลลิบาร์ โดยความต่างศักย์ที่ใช้อยู่ในช่วง 350-550 โวลต์ และเมื่อทดลองเคลือบฟิล์มบางด้วยเป้าต่างกัน 4 ชนิด คือ อะลูมิเนียม ทอง ไททาเนียมและทองแดง พบว่าจะมีสีคาโทดโกลว์ของเป้าสารเคลือบต่างกัน โดยอะลูมิเนียมจะมีสีฟ้าอมเทา ทองจะมีสีฟ้าอมส้ม ไททาเนียมจะมีสีฟ้าขาว ส่วนของทองแดงมีสีฟ้าอมเขียว ส่วนฟิล์มบางที่ได้พบมีสีแวววาวของเป้าสารเคลือบ เมื่อทดลองการยึดติดของฟิล์มบางโดยการเช็ดถูด้วยนิ้วมือ ขูดด้วยเล็บพบว่าไม่สามารถทำให้ฟิล์มที่ได้หลุดและเมื่อปล่อยทิ้งไว้ในอากาศพบว่าจะมีการเกิดออไซด์เฉพาะฟิล์มบางทองแดงเท่านั้นส่วนฟิล์มบางอะลูมิเนียม ทอง และไททาเนียมจะยังคงสภาพเหมือนเดิม