Na pulverização catódica de magnetrões pulsados de alta potência (HiPIMS), o impulso de tensão envolve normalmente uma tensão de pico elevada aplicada em impulsos curtos, com durações de impulso que variam entre 50 e 200 microssegundos e frequências de cerca de 500 Hz. O ciclo de trabalho é normalmente inferior a 10%, o que significa que o tempo "ligado" do impulso é significativamente mais curto do que o tempo "desligado" entre impulsos.
Explicação pormenorizada:
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Tensão de pico elevada: A tensão aplicada no HiPIMS é caracterizada por valores de pico elevados. Esta alta tensão é necessária para atingir as altas densidades de potência necessárias para uma pulverização eficiente. A tensão exacta pode variar em função da configuração específica e dos materiais envolvidos, mas geralmente situa-se no intervalo de 100V a 3kV, tal como mencionado na referência para um revestimento por pulverização catódica com magnetrão moderno típico.
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Curtas durações de impulsos: Os impulsos no HiPIMS são muito curtos, normalmente entre 50 e 200 microssegundos. Esta curta duração permite a concentração de energia num curto período de tempo, o que aumenta a ionização das partículas pulverizadas e conduz a um maior grau de ionização em comparação com a pulverização contínua em corrente contínua. Este elevado grau de ionização é benéfico para melhorar a qualidade e a adesão da película.
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Baixa frequência e ciclo de trabalho: A frequência dos impulsos no HiPIMS é relativamente baixa, cerca de 500 Hz, e o ciclo de trabalho é inferior a 10%. Um ciclo de trabalho baixo significa que o sistema passa a maior parte do tempo no estado "desligado", o que permite o arrefecimento e a estabilização entre impulsos. Este funcionamento intermitente ajuda a controlar a temperatura e a evitar danos térmicos no alvo e no substrato.
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Modos operacionais: Dependendo da duração e da frequência do impulso, o sistema HiPIMS pode funcionar em modo de tensão ou em modo de corrente. No modo de tensão, que é típico de impulsos mais curtos e frequências mais elevadas, o foco está nas mudanças rápidas de tensão para acelerar os iões. No modo de corrente, que é mais comum com impulsos mais longos e frequências mais baixas, o sistema mantém uma corrente constante para sustentar o processo de pulverização catódica.
Conclusão:
O impulso de tensão no HiPIMS foi concebido para maximizar a densidade de potência aplicada ao alvo, minimizando a entrada global de energia e os efeitos térmicos. Isto é conseguido através da utilização de tensões de pico elevadas, durações de impulso curtas, baixas frequências e um ciclo de trabalho baixo. Esta configuração não só melhora a taxa de deposição e a qualidade da película, como também assegura um melhor controlo do processo de deposição, tornando o HiPIMS um método versátil e eficaz para a deposição de películas finas.
