Ionbelægningsteknologi

Hovedtræk ved vakuumfordampningsmetoden til aflejring af film er den høje aflejringshastighed. Hovedtræk ved sputteringmetoden er det brede udvalg af tilgængelige filmmaterialer og filmlagets gode ensartethed, men aflejringshastigheden er lav. Ioncoating er en metode, der kombinerer disse to processer.

Ionbelægningsprincip og filmdannelsesbetingelser
Funktionsprincippet for ionbelægning er vist på billedet. Vakuumkammeret pumpes til et tryk under 10-4 Pa og fyldes derefter med inert gas (f.eks. argon) til et tryk på 0,1~1 Pa. Efter at en negativ jævnspænding på op til 5 kV er påført substratet, etableres en lavtryksgasglødeudladningsplasmazone mellem substratet og diglen. De inerte gasioner accelereres af det elektriske felt og bombarderer substratets overflade, hvorved emnets overflade rengøres. Efter denne rengøringsproces begynder belægningsprocessen med fordampning af det materiale, der skal belægges, i diglen. De fordampede damppartikler kommer ind i plasmazonen og kolliderer med de dissocierede inerte positive ioner og elektroner, og nogle af damppartiklerne dissocieres og bombarderer emnet og belægningsoverfladen under acceleration af det elektriske felt. I ionpletteringsprocessen sker der ikke kun aflejring, men også sputtering af positive ioner på substratet, så den tynde film kan kun dannes, når aflejringseffekten er større end sputteringseffekten.

Ioncoatingprocessen, hvor substratet altid bombarderes med højenergiioner, er meget ren og har en række fordele sammenlignet med sputtering og fordampningscoating.

(1) Stærk vedhæftning, belægningslaget skaller ikke let af.
(a) I ionbelægningsprocessen anvendes et stort antal højenergipartikler, der genereres af glødeudladningen, til at producere en katodisk sputteringseffekt på substratets overflade, hvorved gas og olie, der er adsorberet på substratets overflade, sputteres og renses for at rense substratets overflade, indtil hele belægningsprocessen er afsluttet.
(b) I den tidlige fase af belægningen sameksisterer sputtering og aflejring, hvilket kan danne et overgangslag af komponenter ved grænsefladen mellem filmbasen eller en blanding af filmmaterialet og basismaterialet, kaldet et "pseudodiffusionslag", som effektivt kan forbedre filmens vedhæftningsevne.
(2) Gode omslutningsegenskaber. En årsag er, at belægningsmaterialets atomer ioniseres under højt tryk og kolliderer med gasmolekyler flere gange under processen med at nå substratet, således at belægningsmaterialets ioner kan spredes rundt om substratet. Derudover aflejres de ioniserede belægningsmaterialeatomer på substratets overflade under påvirkning af et elektrisk felt, så hele substratet aflejres med en tynd film, men fordampningsbelægning kan ikke opnå denne effekt.
(3) Belægningens høje kvalitet skyldes forstøvningen af ​​kondensater forårsaget af det konstante bombardement af den aflejrede film med positive ioner, hvilket forbedrer belægningslagets tæthed.
(4) Et bredt udvalg af belægningsmaterialer og substrater kan belægges på metalliske eller ikke-metalliske materialer.
(5) Sammenlignet med kemisk dampaflejring (CVD) har den en lavere substrattemperatur, typisk under 500 °C, men dens vedhæftningsstyrke er fuldt ud sammenlignelig med kemisk dampaflejringsfilm.
(6) Høj aflejringshastighed, hurtig filmdannelse og en belægningstykkelse på mellem ti nanometer og mikron.

Ulemperne ved ioncoating er: filmens tykkelse kan ikke kontrolleres præcist; koncentrationen af ​​defekter er høj, når fin coating er nødvendig; og gasser vil trænge ind i overfladen under coating, hvilket vil ændre overfladeegenskaberne. I nogle tilfælde dannes der også hulrum og kerner (mindre end 1 nm).

Med hensyn til aflejringshastighed er ioncoating sammenlignelig med fordampningsmetoden. Med hensyn til filmkvalitet er de film, der produceres ved ioncoating, tæt på eller bedre end dem, der fremstilles ved sputtering.