Основната характеристика на метода на вакуумно изпаряване за отлагане на филми е високата скорост на отлагане. Основната характеристика на метода на разпрашаване е широката гама от налични филмови материали и добрата равномерност на филмовия слой, но скоростта на отлагане е ниска. Йонното покритие е метод, който комбинира тези два процеса.
Принцип на йонно покритие и условия за образуване на филм
Принципът на работа на йонното покритие е показан на фигурата. Вакуумната камера се изпомпва до налягане под 10-4 Pa и след това се пълни с инертен газ (напр. аргон) до налягане 0,1~1 Pa. След като върху субстрата се приложи отрицателно постоянно напрежение до 5 kV, между субстрата и тигела се установява зона с ниско налягане от тлеещ разряд. Йоните на инертния газ се ускоряват от електрическото поле и бомбардират повърхността на субстрата, като по този начин почистват повърхността на детайла. След завършване на този процес на почистване, процесът на нанасяне на покритие започва с изпаряване на материала, който ще се покрива, в тигела. Изпарените парни частици навлизат в плазмената зона и се сблъскват с дисоциираните инертни положителни йони и електрони, като някои от парните частици се дисоциират и бомбардират детайла и повърхността на покритието под ускорението на електрическото поле. При процеса на йонно покритие има не само отлагане, но и разпрашване на положителни йони върху субстрата, така че тънкият филм може да се образува само когато ефектът на отлагане е по-голям от ефекта на разпрашване.
Процесът на йонно покритие, при който субстратът винаги се бомбардира с високоенергийни йони, е много чист и има редица предимства в сравнение с разпрашителното и изпарително покритие.
(1) Силна адхезия, покривният слой не се отлепва лесно.
(a) В процеса на йонно покритие, голям брой високоенергийни частици, генерирани от тлеещия разряд, се използват за създаване на катоден ефект на разпрашване върху повърхността на субстрата, разпрашавайки и почиствайки адсорбирания върху повърхността на субстрата газ и масло, за да пречистят повърхността на субстрата, докато целият процес на покритие не приключи.
(б) В ранния етап на нанасяне на покритието, разпрашаването и отлагането съществуват едновременно, което може да образува преходен слой от компоненти на границата между основата на филма или смес от филмовия материал и основния материал, наречена „псевдодифузионен слой“, което може ефективно да подобри адхезионните характеристики на филма.
(2) Добри свойства на обгръщане. Една от причините е, че атомите на покривния материал се йонизират под високо налягане и се сблъскват с газови молекули няколко пъти по време на процеса на достигане до субстрата, така че йоните на покривния материал могат да се разпръснат около субстрата. Освен това, йонизираните атоми на покривния материал се отлагат върху повърхността на субстрата под действието на електрическо поле, така че целият субстрат се отлага с тънък филм, но изпарителното покритие не може да постигне този ефект.
(3) Високото качество на покритието се дължи на разпрашването на кондензати, причинено от постоянното бомбардиране на отложения филм с положителни йони, което подобрява плътността на покривния слой.
(4) Широка гама от покривни материали и основи могат да бъдат покрити върху метални или неметални материали.
(5) В сравнение с химическото отлагане от газова фаза (CVD), то има по-ниска температура на основата, обикновено под 500°C, но адхезионната му сила е напълно сравнима с тази на филмите от химическо отлагане от газова фаза.
(6) Висока скорост на отлагане, бързо образуване на филм и възможност за покриване на филми с дебелина от десетки нанометри до микрони.
Недостатъците на йонното покритие са: дебелината на филма не може да се контролира прецизно; концентрацията на дефекти е висока, когато се изисква фино покритие; и газове ще навлязат в повърхността по време на покритието, което ще промени свойствата на повърхността. В някои случаи се образуват и кухини и зародиши (по-малки от 1 nm).
Що се отнася до скоростта на отлагане, йонното покритие е сравнимо с метода на изпаряване. Що се отнася до качеството на филма, филмите, получени чрез йонно покритие, са близки или по-добри от тези, получени чрез разпрашване.
Време на публикуване: 08 ноември 2022 г.