Технология на йонно покритие

Основната характеристика на метода на вакуумно изпаряване за отлагане на филми е високата скорост на отлагане.Основната характеристика на метода на разпрашване е широката гама от налични филмови материали и добрата еднородност 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 снимката.Вакуумната камера се изпомпва до налягане под 10-4 Pa и след това се напълва с инертен газ (напр. аргон) до налягане от 0,1~1 Pa. След като към субстрата се приложи отрицателно постоянно напрежение до 5 kV, a между субстрата и тигела се установява плазмена зона с газ с тлеещ разряд с ниско налягане.Йоните на инертния газ се ускоряват от електрическото поле и бомбардират повърхността на субстрата, като по този начин почистват повърхността на детайла.След приключване на този процес на почистване, процесът на нанасяне на покритие започва с изпаряване на материала, който ще бъде покрит в тигела.Изпарените частици на пара навлизат в плазмената зона и се сблъскват с дисоциираните инертни положителни йони и електрони, а някои от частиците на пара се дисоциират и бомбардират детайла и повърхността на покритието под ускорението на електрическото поле.В процеса на йонно покритие има не само отлагане, но и разпръскване на положителни йони върху субстрата, така че тънкият филм може да се образува само когато ефектът на отлагане е по-голям от ефекта на разпрашаване.

Процесът на йонно покритие, при който субстратът винаги се бомбардира с високоенергийни йони, е много чист и има редица предимства в сравнение с разпрашването и покритието чрез изпаряване.

(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 ефект на катодно разпръскване върху повърхността на субстрата, разпръскване и почистване на газа и маслото, адсорбирани на повърхността на субстрата. субстрат за пречистване на повърхността на субстрата, докато приключи целият процес на нанасяне на покритие.
(b) В ранния етап на нанасяне на покритие, разпрашване и отлагане съществуват едновременно, което може да образува преходен слой от компоненти на границата на основата на филма или смес от материала на филма и основния материал, наречен „псевдо-дифузионен слой“, което може ефективно да подобри ефективността на адхезия на филма.
(2) Добри свойства на обгръщане.Една от причините е, че атомите на покриващия 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 покриващия материал да могат да бъдат разпръснати около субстрата.В допълнение, йонизираните атоми на покриващия материал се отлагат върху повърхността на субстрата под действието на електрическо поле, така че целият субстрат се отлага с тънък филм, но покритието с изпаряване не може да постигне този ефект.
(3) Високото качество на покритието се дължи на разпръскването на кондензат, причинено от постоянното бомбардиране на отложения филм с положителни йони, което подобрява плътността на покриващия слой.
(4) Богат избор от материали за покритие и субстрати могат да бъдат покрити върху метални или неметални материали.
(5) В сравнение с химическото отлагане на пари (CVD), той има по-ниска температура на субстрата, обикновено под 500°C, но силата му на адхезия е напълно сравнима с филмите за химическо отлагане на пари.
(6) Висока скорост на отлагане, бързо образуване на филм и дебелина на покритието на филми 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 е необходимо фино покритие;и газове ще навлязат в повърхността по време на нанасяне на покритие, което ще промени свойствата на повърхността.В някои случаи се образуват и кухини и ядра (под 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, произведени чрез йонно покритие, са близки или по-добри от тези, получени чрез разпрашване.