Το κύριο χαρακτηριστικό της μεθόδου εξάτμισης κενού για την εναπόθεση μεμβρανών είναι ο υψηλός ρυθμός εναπόθεσης. Το κύριο χαρακτηριστικό της μεθόδου ψεκασμού είναι το ευρύ φάσμα διαθέσιμων υλικών μεμβράνης και η καλή ομοιομορφία του στρώματος μεμβράνης, αλλά ο ρυθμός εναπόθεσης είναι χαμηλός. Η επίστρωση ιόντων είναι μια μέθοδος που συνδυάζει αυτές τις δύο διαδικασίες.
Αρχή επικάλυψης ιόντων και συνθήκες σχηματισμού φιλμ
Η αρχή λειτουργίας της ιοντικής επικάλυψης φαίνεται στην Εικόνα. Ο θάλαμος κενού αντλείται σε πίεση κάτω από 10-4 Pa και στη συνέχεια γεμίζεται με αδρανές αέριο (π.χ. αργό) σε πίεση 0,1~1 Pa. Αφού εφαρμοστεί αρνητική τάση συνεχούς ρεύματος έως 5 kV στο υπόστρωμα, δημιουργείται μια ζώνη πλάσματος χαμηλής πίεσης εκκένωσης λάμψης αερίου μεταξύ του υποστρώματος και του χωνευτηρίου. Τα ιόντα αδρανούς αερίου επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο και βομβαρδίζουν την επιφάνεια του υποστρώματος, καθαρίζοντας έτσι την επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας. Μετά την ολοκλήρωση αυτής της διαδικασίας καθαρισμού, η διαδικασία επικάλυψης ξεκινά με την εξάτμιση του υλικού που πρόκειται να επικαλυφθεί στο χωνευτήριο. Τα ατμοποιημένα σωματίδια ατμού εισέρχονται στη ζώνη πλάσματος και συγκρούονται με τα διασπασμένα αδρανή θετικά ιόντα και ηλεκτρόνια, και ορισμένα από τα σωματίδια ατμού διασπώνται και βομβαρδίζουν το τεμάχιο εργασίας και την επιφάνεια επικάλυψης υπό την επιτάχυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Στη διαδικασία ιοντικής επιμετάλλωσης, δεν υπάρχει μόνο εναπόθεση αλλά και ψεκασμός θετικών ιόντων στο υπόστρωμα, επομένως η λεπτή μεμβράνη μπορεί να σχηματιστεί μόνο όταν το φαινόμενο εναπόθεσης είναι μεγαλύτερο από το φαινόμενο ψεκασμού.
Η διαδικασία ιοντικής επίστρωσης, κατά την οποία το υπόστρωμα βομβαρδίζεται πάντα με ιόντα υψηλής ενέργειας, είναι πολύ καθαρή και έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με την επίστρωση με ψεκασμό και την εξάτμιση.
(1) Ισχυρή πρόσφυση, το στρώμα επικάλυψης δεν ξεφλουδίζει εύκολα.
(α) Στη διαδικασία ιοντικής επικάλυψης, ένας μεγάλος αριθμός σωματιδίων υψηλής ενέργειας που παράγονται από την εκκένωση λάμψης χρησιμοποιείται για να παράγει ένα καθοδικό φαινόμενο ψεκασμού στην επιφάνεια του υποστρώματος, ψεκάζοντας και καθαρίζοντας το αέριο και το λάδι που προσροφώνται στην επιφάνεια του υποστρώματος για να καθαρίσει την επιφάνεια του υποστρώματος μέχρι να ολοκληρωθεί ολόκληρη η διαδικασία επικάλυψης.
(β) Στο πρώιμο στάδιο της επικάλυψης, συνυπάρχουν ο ψεκασμός και η εναπόθεση, οι οποίες μπορούν να σχηματίσουν ένα μεταβατικό στρώμα συστατικών στη διεπαφή της βάσης της μεμβράνης ή ένα μείγμα του υλικού της μεμβράνης και του υλικού βάσης, που ονομάζεται «ψευδο-στρώμα διάχυσης», το οποίο μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση πρόσφυσης της μεμβράνης.
(2) Καλές ιδιότητες περιτύλιξης. Ένας λόγος είναι ότι τα άτομα του υλικού επικάλυψης ιονίζονται υπό υψηλή πίεση και συγκρούονται με μόρια αερίου αρκετές φορές κατά τη διάρκεια της διαδικασίας προσέγγισης στο υπόστρωμα, έτσι ώστε τα ιόντα του υλικού επικάλυψης να μπορούν να διασκορπιστούν γύρω από το υπόστρωμα. Επιπλέον, τα ιονισμένα άτομα του υλικού επικάλυψης εναποτίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου, έτσι ώστε ολόκληρο το υπόστρωμα να εναποτίθεται με μια λεπτή μεμβράνη, αλλά η επίστρωση εξάτμισης δεν μπορεί να επιτύχει αυτό το αποτέλεσμα.
(3) Η υψηλή ποιότητα της επικάλυψης οφείλεται στον ψεκασμό συμπυκνωμάτων που προκαλείται από τον συνεχή βομβαρδισμό της εναποτιθέμενης μεμβράνης με θετικά ιόντα, γεγονός που βελτιώνει την πυκνότητα του στρώματος επικάλυψης.
(4)Μια μεγάλη ποικιλία υλικών επικάλυψης και υποστρωμάτων μπορεί να επικαλυφθεί σε μεταλλικά ή μη μεταλλικά υλικά.
(5) Σε σύγκριση με την χημική εναπόθεση ατμών (CVD), έχει χαμηλότερη θερμοκρασία υποστρώματος, συνήθως κάτω από 500°C, αλλά η ισχύς πρόσφυσής της είναι πλήρως συγκρίσιμη με τις μεμβράνες χημικής εναπόθεσης ατμών.
(6) Υψηλός ρυθμός εναπόθεσης, γρήγορος σχηματισμός φιλμ και πάχος επικάλυψης φιλμ από δεκάδες νανόμετρα έως μικρά.
Τα μειονεκτήματα της ιοντικής επικάλυψης είναι: το πάχος της μεμβράνης δεν μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια· η συγκέντρωση των ελαττωμάτων είναι υψηλή όταν απαιτείται λεπτή επικάλυψη· και αέρια θα εισέλθουν στην επιφάνεια κατά την επικάλυψη, γεγονός που θα αλλάξει τις ιδιότητες της επιφάνειας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, σχηματίζονται επίσης κοιλότητες και πυρήνες (μικρότεροι από 1 nm).
Όσον αφορά τον ρυθμό εναπόθεσης, η ιοντική επίστρωση είναι συγκρίσιμη με τη μέθοδο εξάτμισης. Όσον αφορά την ποιότητα της μεμβράνης, οι μεμβράνες που παράγονται με ιοντική επίστρωση είναι κοντά ή και καλύτερες από αυτές που παρασκευάζονται με ψεκασμό.
Ώρα δημοσίευσης: 08 Νοεμβρίου 2022