需要更高的压实压力直接源于靶材在使用过程中所承受的严苛物理要求。要制造功能性的溅射靶材，您必须施加显著的力——通常使用实验室液压机施加约 330 MPa 的压力——以确保材料能够承受持续的高能离子束轰击而不发生失效。
高压实压力将松散的粉末转化为坚固的固体，能够承受热冲击和真空条件。这种结构稳定性是沉积具有均匀成分和精确厚度的薄膜的前提。
靶材生存的物理学原理
承受离子轰击
溅射在原子层面是一个剧烈的过程。靶材受到高能离子的持续轰击。
如果靶材压实松散，这种能量会导致材料崩解而不是均匀侵蚀。更高的压实压力会形成致密的机械结构，抵抗这种物理攻击。
抵抗热冲击
溅射过程在真空环境中会产生显著的热量。这会导致快速的温度变化，称为热冲击。
压实压力不足的靶材通常缺乏内部凝聚力来应对这些波动。高压实压力可防止材料在这些极端热应力下开裂或分层。
对沉积质量的影响
确保成分均匀
溅射的最终目标是创建高质量的示踪薄膜。靶材的完整性直接影响薄膜的质量。
通过使用高压消除靶材中的空隙和不一致性，您可以确保溅射到基板上的材料具有成分均匀。
控制薄膜厚度
在薄膜沉积中，精度至关重要。如果靶材由于密度低而崩解或侵蚀不均匀，沉积速率将变得不可预测。
高压实、结构稳定的靶材可确保一致的侵蚀速率。这使得最终沉积层的厚度可精确控制。
理解权衡
内部应力的风险
虽然高压是必需的，但错误地施加可能会产生不利影响。如多主元合金 (MPEA) 的工艺中所述，仅仅施加最大力可能会产生内部应力梯度。
这些应力可能导致后续加工步骤（如烧结）中出现裂纹。
气体驱除的必要性
高压也需要强制颗粒重新排列并驱除困在粉末中的间隙气体。
然而，这有时需要分阶段进行。对于复杂材料，可能需要分段方法——从较低的压力（例如 140 MPa）开始，然后增加到高压（例如 640 MPa）——以引导颗粒重新排列并防止“生坯”（压制但未烧结的物体）出现缺陷。
为您的目标做出正确选择
在配置您的实验室液压机以用于溅射靶材时，请考虑您的具体目标：
- 如果您的主要重点是靶材的生存能力：优先考虑更高的压力（约 330 MPa），以最大化机械稳定性并防止在真空下开裂。
- 如果您的主要重点是材料密度：采用分段压力策略，缓慢驱除气体并重新排列颗粒，然后再施加最终的保持压力。
- 如果您的主要重点是薄膜精度：确保您的压力设置具有高度的可重复性，以在不同批次之间保持一致的靶材密度，从而确保可重复的薄膜厚度。
通过将压实压力与溅射室的机械要求相匹配，您可以确保靶材的生存能力和数据的质量。
总结表：
| 因素 | 要求 | 对溅射的好处 |
|---|---|---|
| 机械强度 | ~330 MPa 压力 | 抵抗高能离子轰击时的崩解 |
| 热稳定性 | 高密度 | 防止热冲击引起的开裂和分层 |
| 薄膜成分 | 消除空隙 | 确保均匀的材料转移到基板上 |
| 沉积控制 | 一致的侵蚀 | 能够精确控制薄膜厚度 |
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参考文献
- Erwin Hüger, Harald Schmidt. Lithium Tracer Diffusion in LixCoO2 and LixNi1/3Mn1/3Co1/3O2 (x = 1, 0.9, 0.65)-Sintered Bulk Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries. DOI: 10.3390/batteries11020040
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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