Thin film deposition process

completely soon !!!

(only in THAI, English version will come late)

กระบวนการเคลือบฟิล์มบาง (Thin film process)                    

1.  ประเภทของกระบวนการเคลือบฟิล์มบาง

      วิธีการเคลือบฟิล์มบางพอจะแบ่งอย่างสังเขปได้ 2 แบบ ดังรูป 1.1 คือ กระบวนการเคลือบโดยไอเชิงฟิสิกส์ (physical vapor deposition process: PVD )

และกระบวนการเคลือบโดยไอเชิงเคมี (chemical vapor deposition process: CVD ) ซึ่งแต่ละวิธีก็มีแยกย่อยออกไปอีก และเราจะเน้นทางด้าน PVD เป็นหลัก

 

               

รูป 1.1 กระบวนการเกิดฟิล์มบาง 


 

 กระบวนการเคลือบโดยไอเชิงฟิสิกส์ (PVD) ยังแบ่งได้อีก 3 กลุ่มคือ

- การทำให้เป็นไอโดยความร้อน (Thermal evaporation)

- สปัตเตอริง ( Sputtering)

- และการเคลือบด้วยไอจากการอาร์ก(Arc vapor deposition)

 

1.1 การทำให้เป็นไอโดยความร้อน (Thermal evaporation)

      การทำให้เป็นไอโดยความร้อน คือ กระบวนการระเหยด้วยความร้อนซึ่งประกอบด้วย การระเหยสารที่เป็นแหล่งกำเนิดภายในแชมเบอร์สุญญากาศที่

ต่ำกว่า 1x10-6 Torr (1.3 x 10-4 Pa) และควบแน่นอนุภาคที่ระเหยไปบนชิ้นงาน กระบวนการระเหยด้วยความร้อน นิยมเรียกว่า การเคลือบในสุญญากาศ

(vacuum deposition)  ซึ่งมีหลายวิธีดังชื่อย่อในรูป 1.1 ซึ่งเราจะไม่กล่าวในรายละเอียดในที่นี้ เนื่องจากจะเน้นการเคลือบโดยวิธี สปัตเตอริง

และการเคลือบด้วยไอจากการอาร์ก

 

1.2 สปัตเตอริง ( Sputtering)

     เมื่อผิวของแข็งถูกระดมยิงด้วยอนุภาคที่มีพลังงานเช่น ไอออนที่มีความเร่ง อะตอมที่ผิวของแข็งจะถูกกระเจิงออกมาเนื่องจากการชนระหว่างอะตอม

ที่ผิวและอนุภาคพลังงาน ดังแสดงดังรูป 1.2 ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า สปัตเตอริงกลับ (back sputtering) หรือสปัตเตอริงเชิงเดียว(simple sputtering)

และอะตอมที่หลุดออกมาจากผิวของแข็งนี้ จะไปก่อตัวบนชิ้นงานเกิดเป็นฟิล์มบางขึ้น

 

 

รูป 1.2 กระบวนการสปัตเตอริงเชิงฟิสิกส์


 

        เมื่อแผ่นโลหะบางถูกระดมยิงด้วยอนุภาคพลังงาน ทำให้มีอะตอมกระเจิงส่งผ่านแผ่นโลหะบางออกมา ปรากฎการณ์นี้ถูกเรียกว่า สปัตเตอริง-

ส่งผ่าน (transmission sputtering) คำว่าสปลัตเตอริง (spluttering),สปัตเตอริง (sputtering),แคโทดสปัตเตอริง (cathode sputtering)หรือ

แคโทดดิไซน์ทิเกรชัน (cathode disintegration) และ อิมเพกท์อิวาเพอเรชัน(impact evaporation) ถูกใช้ในความหมายเดียวกัน

ระบบสปัตเตอริงหลายแบบถูกแนะนำมาใช้กับการเคลือบฟิล์มบาง รูปแบบของมันได้แสดงดังรูป 1.3

รูป 1.3 ระบบการเคลือบแบบสปัตเตอริง : A , แอโนด ; T, เป้า ; S, ชิ้นงาน ; P, พลาสม่า 


 

 

ระบบสปัตเตอริงแบบที่ง่ายสุดคือ ระบบสปัตเตอริงแบบไดโอด(diode sputtering) ซึ่งมีองค์ประกอบง่าย ๆ คือ คู่ของขั้วไฟฟ้าแบบระนาบ โดยขั้วไฟฟ้าหนึ่งเป็น

แคโทดเย็น (cold cathode) และอีกขั้วหนึ่งเป็น แอโนด (anode) ที่ผิวหน้าของแคโทดจะถูกปิดด้วยสารที่เป็นเป้าที่จะเป็นสารเคลือบ ส่วนชิ้นงานจะวางอยู่บน

แอโนด ภายในแชมเบอร์สปัตเตอร์จะถูกเติมด้วยแก๊สสปัตเตอร์ โดยทั่วๆไปใช้แก๊สอาร์กอนที่ความดัน 0.1 Torr การโกร์วดิสชาร์จจะถูกรักษาไว้ภายใต้การใช้

โวลเตจดีซี ( DC voltage) ระหว่างขั้วไฟฟ้า ไอออน Ar+ ที่เกิดขึ้นในโกร์วดิสชาร์จถูกเร่งที่แคโทดฟอลล์ (cathode fall) หรือชีท (sheath)ไปสู่เป้า

และสปัตเตอร์เป้าเป็นผลให้ได้อะตอมเป้าหลุดออกไปสู่ชิ้นงาน และก่อตัวเป็นฟิล์มบางบนชิ้นงาน ในระบบดีซีสปัตเตอริง เป้าจะต้องบเป็นโลหะ

เนื่องจากโกร์วดิสชาร์จ(การไหลของกระแส)จะต้องอยู่ได้ระหว่างขั้วไฟฟ้า

 

ด้วยการแทนที่เป้าโลหะด้วยเป้าที่เป็นฉนวนในระบบดีซีสปัตเตอริง การดิสชาร์จสปัตเตอริงใม่สามารถผดุงไว้ได้ เพราะว่าจะเกิดการสร้างผิวประจุของไอออนบวก-

ในทันใดบริเวณด้านหน้าของเป้าฉนวน จึงต้องใช้แหล่งกำเนิดอาร์เอฟ (rf source) กับเป้าฉนวน ระบบเช่นนี้เรียกว่า อาร์เอฟไดโอดสปัตเตอริง

(rf diode sputtering)  ในระบบอาร์เอฟสปัตเตอริง ฟิล์มบางของฉนวนสามารถสร้างได้จากการสปัตเตอริงจากเป้าฉนวนโดยตรง

 

เมื่อใส่แก๊สไวกิริยา เช่น ออกซิเจน หรือ ไนตรเจน เข้าไปในแชมเบอร์ จะสามารถสร้างฟิล์มบางสารประกอบตระกูลออกไซด์ และไนไตรด์ได้

เมื่อสปัตเตอริงเป้าโลหะที่เหมาะสมระบบเช่นนี้ถูกเรียกว่า รีเอกทีฟสปัตเตอริง (reactive sputtering) ซึ่งจะใช้ดีซี หรือ อาร์เอฟสปัตเตอริงก็ได้

 

รูป 1.4 ระบบการเคลือบแบบสปัตเตอริง : A , แอโนด ; T, เป้า ; S, ชิ้นงาน ; P, พลาสม่า 

 

ในปี ค.ศ.1936 เพนนิง (Penning) ได้แนะนำการเพิ่มเส้นทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนโดยการสร้างสนามแม่เหล็กบนหน้าเป้าสปัตเตอริง และถูกเรียกว่า

ระบบแมกนีตรอนสปัตเตอริง (magnetron sputtering system) ในปี ค.ศ. 1967 ต้นแบบของระบบแมกนีตรอนสปัตเตอริงแบบระนาบสร้างขึ้นโดย วาสา (Wasa)

และเชปอิน(Chapin) ได้ปรับปรุงระบบนี้อีกครั้ง สนามแม่เหล็กได้จากการเสริมคอยล์แม่เหล็กหรือแม่เหล็กถาวรเข้าไป เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กขนานกับหน้าเป้า

สารเคลือบดังรูป 1.4  การมีสนามแม่เหล็กทำให้เพิ่มการโกร์วดิสชาร์จ สาเหตุเพราะทำให้อิเล็กตรอนมีเส้นทางการเคลื่อนที่มากขึ้น และเป็นการเคลื่อนที่แบบ

ไซโคลล์ดอล (cycloldal motion) ในพลาสม่า และศูนย์กลางของการลอยเลื่อนแบบวงโคจรอยู่ในทิศE x B โดยมีความเร็วลอยเลื่อน E/B เมื่อ E และ B

แสดงสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตามขวางที่เพิ่มเข้ามาในการดิสชาร์จตามลำดับ สนามแม่เหล็กจัดตัวในลักษณะทำให้เส้นทางลอยเลื่อนของอิเล็กตรอน

เหล่านี้เป็นวงปิด  ผลของการดักจับอิเล็กตรอนใว้เช่นนี้ไปเพิ่มอัตราการชนระหว่างอิเล็กตรอนกับโมเลกุลของแก๊สสปัตเตอริง จากคุณสมบัตินี้ทำให้สามารถลด-

ความดันแก๊สสปัตเตอริงได้ในระดับ 10-4 Torr ซึ่งต่ำกว่าความดันปกติ 10 mTorr ในระบบแมกนิตรอนสปัตเตอริง สนามแม่เหล็กทำให้เพิ่มความหนาแน่น

พลาสม่าซึ่งทำให้เพิ่มความหนาแน่นกระแสที่เป้าแคโทด และผลลัพธ์คือ ได้อัตราการสปัตเตอริงสูงขึ้นเนื่องจากความดันปฎิบัติการต่ำกว่า

ทำให้อนุภาคสปัตเตอร์เดินทางข้ามปริภูมิดิสชาร์จปราศจากการชน ซึ่งผลลัพธ์คือ  ได้อัตราการเคลือบสูงกว่าระบบการเคลือบที่ความดันสูงกว่า

 

ในการสร้างอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ จำเป็นจะต้องใช้แมกนิตรอนสปัตเตอริงแบบระนาบ หรือ สปัตเตอริงแบบระนาบ ในการโกร์วดิสชาร์จเหล่านี้

ฟิล์มสปัตเตอร์จะถูกเผชิญกับโมเลกุลแก๊สสปัตเตอริงที่มีพลังงานจลน์สะท้อนกลับออกมา รวมถึงไอออนของอาร์กอนขณะโกร์วดิสชาร์จระหว่าง-

การก่อตัวของฟิล์มบาง สาเหตุเหล่านี้ จึงทำให้ฟิล์มสปัตเตอร์มีโมเลกุลของแก๊สรวมอยู่ด้วย จึงได้มีการแนะนำระบบสปัตเตอริงโดยใช้ลำไอออน

ไอออนที่ชนเป้าได้มาจากแหล่งกำเนิดไอออน(ion source )ซึ่ง แยกออกจากส่วนที่เป็นแชมเบอร์สปัตเตอริงที่วางเป้าและชิ้นงานอยู่ ดังรูป 1.5

โดยทั่วไปกระแสไอออนมีค่าประมาณ 10 ถึง 500 มิลลิแอมป์ โดยมีพลังงานไอออนจาก 0.5 ถึง 2.5 กิโลโวลต์ เนื่องจากไออนกำเนิดใน

แชมเบอร์ดิสชาร์จซึ่งแยกออกต่างหากจากแชมเบอร์สปัตเตอร์ ดังนั้นความดันปฏิบัตการในแชมเบอร์สปัตเตอริงสามารถลดความดันลงได้ถึง

1 x 10-5 mTorr ทำให้ลดปริมาณโมเลกุลแก๊สสปัตเตอร์ที่อยู่ในฟิล์มสปัตเตอร์ลงได้ ผู้บุกเบิกงานทางด้านนี้คือ โชพรา (Chopra)

เขาได้แสดงการเคลือบด้วยระบบสปัตเตอริงโดยใช้ลำไอออนในปี ค.ศ.1967 ถึงแม้ว่าการเคลือบโดยวิธีนี้จะไม่ใช้อย่างกว้างมากนัก

แต่ระบบนี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในการกัดแบบสปัตเตอร์ในอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ

 

 รูป 1.5 ระบบการเคลือบแบบสปัตเตอริงโดยใช้ลำไอออน : T, เป้า ; S, ชิ้นงาน

 

กระบวนการ PVD อื่นๆ เช่น ไอออนเพลติงได้ถูกเสนอเป็นครั้งแรกโดย เมททอกซ์ (Mattox) ในปี ค.ศ. 1960 ฟลักซ์ของการเคลือบ

เกิดจากการระเหยโดยความร้อนตามปกติ หรืออาจเป็นระบบสปัตเตอริงตามปกติ แต่อะตอมที่ถูกระเหยโดยความร้อนหรืออะตอมสปัตเตอร์จะถูก

ไอออไนซ์ที่บริเวณพลาสม่า และถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้าที่กำหนดให้ไปสู่การเคลือบ โครงสร้างทั่วไปแสดงดังรูป 1.6 การยึดติดของฟิล์มบาง

จะมีคุณภาพมากขึ้นเนื่องจากการเร่งของอะตอมที่ถูกระเหยหรืออะตอมที่ถูกสปัตเตอร์

 รูป 1.6 ระบบการเคลือบแบบไอออนเพลติง a. อิวาเพอเรชันไอออนเพลติง b. สปัตเตอริงไอออนเพลติง

           a. อิวาเพอเรชันไอออนเพลติง ES=แหล่งกำเนิดอิวาเพอเรชัน S=ชิ้นงาน ,A= แอโนด ,P= พลาสม่า

           b. สปัตเตอริงไอออนเพลติง T=เป้าสารเคลือบ,S= ชิ้นงาน P=พลาสมม่า

 

1.3 การเคลือบด้วยไอจากการอาร์ก (Arc vapor deposition)

      การเคลือบด้วยไอจากการอาร์ก เป็นเทคนิก PVD ซึ่งใช้การทำให้ขั้วไฟฟ้ากลายเป็นไอภายใต้เงื่อนไขการอาร์กซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของสาร

ที่เป็นไอในการเคลือบ เงื่อนไขการอาร์กประกอบด้วยกระแสสูงและโวล์ตต่ำ กระแสไฟฟ้าจะผ่านตลอดแก๊สหรือไอของสารที่เป็นขั้วไฟฟ้า

ความต่างศักย์อาร์กต้องมีค่าใกล้เคียงกับศักย์การไอออไนซ์ของแก๊สหรือไอเท่านั้น(>25V) ไอออนระดมยิงที่แคโทด และอิเล็กตรอนระดมยิง

ที่แอโนดทำให้ขั้วไฟฟ้าร้อน ส่วนมากสารที่หลุดออกมาถูกระเหยโดยความร้อน แต่บางส่วนหลุดออกมาเป็นหยดจากการหลอมเหลว

หรืออนุภาคของแข็งจากแคโทด เปอร์เซ็นต์ส่วนมากของอะตอมที่เป็นไอถูกไอออไนซ์ในกระบวนการเป็นไอด้วยวิธีอาร์กนี้ การอาร์กสามารถ

เกิดขึ้นได้ระหว่างขั้วไฟฟ้าที่อยู่ใกล้ชิดกันในปริภูมิสุญญากาศสูง โดยขั้วไฟฟ้วหนึ่งจะกลายเป็นไอ หรือระหว่างขั้วไฟฟ้าในความดันต่ำ

หรือสภาพแวดล้อมแก๊สความดันสูง(gaseous arc ) การอาร์กในสภาวะแวดล้อมแก๊สความดันสูงไม่ถูกใช้ในกระบวนการ PVD แต่จะถูกใช้

ในกระบวนการพลาสม่าสเปยร์(plasma spraying) และการเชื่อมโดยการอาร์ก(arc welding) และการเคลือบเชิงอิเล็กโตรสปาร์ก

(electrospark plating) ในกระบวนการPVD โดยการเป็นไอจากการอาร์กสามารถพิจารณาเป็นแหล่งกำเนิดที่มีลักษณะเฉพาะ

เช่นเดียวกับการเป็นไอโดยความร้อน และสปัตเตอริง

 

ในปี ค.ศ. 1893 การทำให้เป็นไอด้วยการอาร์กถูกรายงานเป็นครั้งแรกโดย โรเบิร์ตฮาร์(Robert Hare) ซึ่งอธิบายในวิศวกรรมทางด้าน

สัมผัสเชิงไฟฟ้า(electrical contact) การหลอมอัลลอยย์ด้วยการอาร์ก แหล่งกำเนิดความสกปรกในฟิวชันรีเอกเตอร์เทคโนโลยี

(fusion reactor technology) และแหล่งกำเนิดความสกปรกในกระบวนการ PVD ที่ใช้โวล์ตสูงๆ และเป็นแหล่งกำเนิดการเป็นไอ

สำหรับการเคลือบฟิล์มแบบ PVD ด้วยเช่นกัน ช่วงแรกๆการเคลือบฟิล์มบางโดยวิธีอาร์กในสุญญากาศคือ การเคลือบด้วยฟิล์มคาร์บอน และโลหะ

การเคลือบด้วยฟิล์มคาร์บอนใช้เป็นฟิล์มสะท้อนในกล้องจุลทรรศอิเล็กตรอนมายาวนาน

 

      1.3.1 การอาร์กในสุญญากาศ (vacuum arcs)

การเป็นไอด้วยการอาร์กในสุญญากาศความดันต่ำเกิดขึ้นเมื่อความหนาแน่นกระแสสูง กระแสไฟฟ้าโวล์ตต่ำจะผ่านระหว่างขั้วไฟฟ้าที่ห่างหันเพียง

เล็กน้อยในสุญญากาศ ไอจะเกิดจากผิวขั้วไฟฟ้าและก่อตัวเป็นพลาสม่าของสารที่เป็นไอระหว่างขั้วไฟฟ้า ดังรูป 1.7 เพื่อให้เกิดการอาร์กเริ่มต้น

โดยปกติจะให้ขั้วไฟฟ้าสัมผัสกันแล้วจึงแยกกันโดยมีระยะไม่มากนัก บนแคโทดสปอต(cathode spot) จะสร้างความหนาแน่นกระแส

1e4-1e6 A/cm2 กระนี้ได้จากการสึกกร่อนจากการอาร์กโดยหลอมเหลวและการกลายเป็นไอ และโดยการดีดของอนุภาคที่หลอมละลาย

หรืออนุภาคที่เป็นของแข็ง บนขั้วแอโนดความหนาแน่นกระแสมีค่าน้อยมาก แต่สามารถเพียงพอที่จะหลอมและระเหยแอโนดได้ ส่วนมากของ-

สารที่เป็นไอถูกไอออไนซ์ในการอาร์ก จึงมีไอออนและไอออนที่เกิดขึ้นมีประจุมากมาย

รูป 1.7 อาร์กในสุญญากาศ


 

เนื่องจากใออนเคลื่อนที่ช้ากว่าอิเล็กตรอน ประจุปริภูมิบวกจึงกำเนิดขึ้นในพลาสม่า และไอออนบวกจะถูกเร่งออกไปจากพลาสม่าด้วยพลังงาน

ที่สูงกว่าพลังงานความร้อน โดยทั่วไป 50-150 eV หมายความว่า การเคลือบด้วยสารที่เป็นขั้วไฟฟ้าในสุญญากาศจะไม่มีความร้อนเกิดขึ้น

ประกอบกับมีการระดมยิงด้วยไอออนฟิล์มพลังงานสูงไปพร้อมกัน ไอออนในการอาร์กในสุญญากาศสามารถดีงออกมาได้ และเร่งให้มีพลังงานสูง

เพื่อเป็นแหล่งกำเนิดไอออนของโลหะ ไอออนคาร์บอน(500eV)จากการอาร์กในสุญญากาศถูกใช้กับการเคลือบฟิล์มคาร์บอนที่มีคุณสมบัติ

เหมือนเพชรที่อิสระจากไฮโดรเจน(hydrogen-free diamond –like carbon film) 

 

      1.3.2 แคโทดิกอาร์ก(cathodic arc)

การเคลือบด้วยการอาร์กมีหลายวิธี เช่น แก๊สเซียสอาร์ก(gaseous ares) แอโนดิกอาร์ก(anodic arcs) และแคโทดิกอาร์ก ในที่นี้

จะกล่าวเน้นในรายละเอียดของแคโทดิกอาร์กเท่านั้น ถ้าการเกิดไอปฐมภูมิจากผิวแคโทดโดยการสึกกร่อนจากการอาร์ก ระบบเช่นนี้เรียกว่า

แหล่งกำเนิดแคโทดิกอาร์กแบบต่อเนื่อง(continuous cathodic arc source) เราต้องการให้แคโทดหลอมหรือแข็งตัวได้ด้วยการหล่อเย็น

ด้วยน้ำ ซึ่งเรียกว่า แคโทดเย็น(cold cathode) แหล่งกำเนิดแคโทดเย็น คือแหล่งกำเนิดแคโทดิกอาร์กที่นิยมใช้ในการเกิดฟิล์มมากที่สุด เพื่อให้

เกิดการอาร์กแบบเสถียรภาพจะต้องให้กระแสต่ำสุดผ่านตลอดการอาร์ก กระแสอาร์กต่ำสุดแปรเปลี่ยนจาก ~50-100A สำหรับสารที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ

เช่น ทองแดง และไทเทเนียม ถ้าสารที่ใช้ในอุตสาหกรรม ~300-400 A เช่น ทังสเตน ส่วนมากแล้วโวลเตจอาร์กที่ตกคร่อมจะเกิดขึ้นใกล้ๆผิวแคโทด

โวลเตจอาร์กจะมีค่าได้จาก 15-100 โวล์ต ขึ้นอยู่กับลักษณะการคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากแคโทดไปยังแอโนด กล่าวคือ การออกแบบแคโทด

การแจกแจงพลังงานในการอาร์กโดยประมาณคือ ความร้อน 34% การแผ่รังสีอิเล็กตรอน 21% การระเหย(อะตอมและแมกโคร) 3%

การไอออไนเซชัน (เดี่ยวและหลายๆ)7% พลังงานต่อไอออน 23% พลังงานต่ออิเล็กตรอน 10%

 

ปัญหาหนึ่งในการใช้เทคนิกการเคลือบด้วยวิธี แคโทดิกอาร์กคือ ความเสถียรภาพ และการเคลื่อนที่ของการอาร์กบนผิวของแข็ง และการเกิดเม็ดเล็กๆ

ขนาดไมครอนซึ่งหลอมเหลว ที่ปลดปล่อยออกมาจากผิวของแข็ง ซึ่งเรียกว่า แมกโครส (macros) แมกโครสจะไม่เกิดถ้าแคโทดเป็นของเหลว

ถ้าการอาร์กมีลักษณะเคลื่อนที่แบบสุ่มบนผิวของแหล่งกำเนิดการอาร์กจะถูกเรียกว่า แหล่งกำเนิดอาร์กแบบสุ่ม(random arc source)

แต่ถ้าการอาร์กถูกจำกัด และเป็นสาเหตุให้การเคลื่อนที่ตลอดผิวมีเส้นทางเป็นรูปเฉพาะ จะถูกเรียกว่า แหล่งกำเนิดอาร์กแบบควบคุม(stured arc source)

มีการออกแบบแหล่งกำเนิดอาร์กแบบควบคุมหลายๆแบบโดยใช้สนามแม่เหล็กเพื่อควบคุมการอาร์ก แหล่งกำเนิดแบบนี้ให้แมกโครสน้อยกว่าแหล่งกำเนิดอาร์กแบบสุ่ม

 

เราสามารถกำจัดแมกโครสได้ เช่นการใช้ท่อพลาสม่า (plasma duct) วิธีอื่นอาจเป็นการลดจำนวนแมกโครสโดยให้มันกลายเป็นไอโดยผ่าน

มันเข้าไปในพลาสม่าที่มีความหนาแน่นสูงเพื่อที่จะระเหยแมกโครสเพิ่มขึ้น นอกจากนี้อาจใช้เทคนิกการลดกระแสการอาร์ก หรือเพิ่มระยะทางระหว่าง

ชิ้นงานและแหล่งกำเนิด กรเพิ่มความดันแก๊ส และโดยใช้สนามแม่เหล็กที่มีแกนร่วมเพื่อเพิมความหนาแน่นพลาสม่า

 

แหล่งกำเนิดแคโทดิกอาร์กชนิดแรกที่มีการจดสิทธิบัตรคือแหล่งกำเนิดการอาร์กแบบสุ่มชนิดแคโทดิกไร้สนามแม่เหล็ก

(non-magnetic cathodic random arc source) โดยทั่วไปแหล่งกำเนิดชนิดนี้จะถูกล้อมรอบและแวดล้อมโดยชิลด์ที่แยกจากเป้า

หรือไม่ก็ล้อมรอบด้วยฉนวนที่สัมผัสกับเปาดังรูป 1.8 ขณะการอาร์กเข้าไปในปริภูมิระหว่างเป้าและชิลด์ หรือเคลื่อนที่ไปบนผิวฉนวนมันจะดับลง

แอโนดอาจจะเป็นผนังแชมเบอร์ หรือผิวที่แยกต่างหากในระบบสุญญากาศก็ได้

 

รูป 1.8 แหล่งกำเนิดการอาร์กแบบสุ่มชนิดแคโทดิกไร้สนามแม่เหล็ก 

แหล่งกำเนิดอาร์กแบบควบคุม(stured arc source)  (not completed yet)