Τεχνολογία επίστρωσης ιόντων

Το κύριο χαρακτηριστικό της μεθόδου εξάτμισης υπό κενό για την εναπόθεση μεμβρανών είναι ο υψηλός ρυθμός εναπόθεσης.Το κύριο χαρακτηριστικό της μεθόδου ψεκασμού είναι το ευρύ φάσμα των διαθέσιμων υλικών φιλμ και η καλή ομοιομορφία του στρώματος του φιλμ, αλλά ο ρυθμός εναπόθεσης είναι χαμηλός.Η επίστρωση ιόντων είναι μια μέθοδος που συνδυάζει αυτές τις δύο διαδικασίες.

Αρχή επίστρωσης ιόντων και συνθήκες σχηματισμού φιλμ
Η αρχή λειτουργίας της επικάλυψης ιόντων φαίνεται στην Εικ.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, Η ζώνη πλάσματος εκκένωσης πυράκτωσης αερίου χαμηλής πίεσης δημιουργείται 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.Αφού ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία καθαρισμού, η διαδικασία επίστρωσης ξεκινά με την εξάτμιση του υλικού που πρόκειται να επικαλυφθεί στο χωνευτήριο.Τα εξατμισμένα σωματίδια ατμού εισέρχονται στη ζώνη του πλάσματος και συγκρούονται με τα διαχωρισμένα αδρανή θετικά ιόντα και ηλεκτρόνια, και μερικά από τα σωματίδια ατμού διασπώνται και βομβαρδίζουν το τεμάχιο εργασίας και την επιφάνεια επικάλυψης υπό την επιτάχυνση του ηλεκτρικού πεδίου.Στη διαδικασία επιμετάλλωσης ιόντων, δεν υπάρχει μόνο εναπόθεση, αλλά και διασκορπισμός θετικών ιόντων στο υπόστρωμα, επομένως το λεπτό φιλμ μπορεί να σχηματιστεί μόνο όταν το αποτέλεσμα εναπόθεσης είναι μεγαλύτερο από το φαινόμενο επιμετάλλωσης.

Η διαδικασία επίστρωσης ιόντων, 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 εξάτμιση.

(1) Ισχυρή πρόσφυση, το στρώμα επίστρωσης δεν ξεφλουδίζει εύκολα.
(α) Στη διαδικασία επικάλυψης ιόντων, ένας μεγάλος αριθμός σωματιδίων υψηλής ενέργειας που παράγονται από την εκκένωση λάμψης χρησιμοποιείται για την παραγωγή καθοδικού φαινομένου διασκορπισμού στην επιφάνεια του υποστρώματος, διασκορπίζοντας και καθαρίζοντας το αέριο και το λάδι που έχουν προσροφηθεί στην επιφάνεια του υπόστρωμα για τον καθαρισμό της επιφάνειας του υποστρώματος μέχρι να ολοκληρωθεί η όλη διαδικασία επίστρωσης.
(β)Στο πρώιμο στάδιο της επίστρωσης, συνυπάρχουν εκτόξευση και εναπόθεση, που μπορεί να σχηματίσουν ένα μεταβατικό στρώμα συστατικών στη διεπιφάνεια της βάσης της μεμβράνης ή ένα μείγμα του υλικού της μεμβράνης και του υλικού βάσης, που ονομάζεται «στρώμα ψευδο-διάχυσης», που 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 διαδικασία φθάνοντας στο υπόστρωμα, έτσι ώστε τα ιόντα του υλικού επικάλυψης να μπορούν να διασκορπιστούν γύρω από το υπόστρωμα.Επιπλέον, τα άτομα του ιονισμένου υλικού επικάλυψης εναποτίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος υπό τη δράση ηλεκτρικού πεδίου, επομένως ολόκληρο το υπόστρωμα εναποτίθεται με ένα λεπτό φιλμ, αλλά η επίστρωση εξάτμισης δεν μπορεί να επιτύχει αυτό το αποτέλεσμα.
(3) Η υψηλή ποιότητα της επικάλυψης οφείλεται στην εκτόξευση συμπυκνωμάτων που προκαλείται από τον συνεχή βομβαρδισμό της αποτιθέμενης μεμβράνης με θετικά ιόντα, γεγονός που βελτιώνει την πυκνότητα του στρώματος επικάλυψης.
(4)Μια ευρεία επιλογή υλικών επικάλυψης και υποστρωμάτων μπορούν να επικαλυφθούν σε μεταλλικά ή μη μεταλλικά υλικά.
(5) Σε σύγκριση με την εναπόθεση χημικών ατμών (CVD), έχει χαμηλότερη θερμοκρασία υποστρώματος, συνήθως κάτω από 500°C, αλλά η ισχύς πρόσφυσής του είναι πλήρως συγκρίσιμη με τα φιλμ εναπόθεσης χημικών ατμών.
(6) Υψηλός ρυθμός εναπόθεσης, γρήγορος σχηματισμός μεμβράνης και πάχος επίστρωσης φιλμ από δεκάδες νανόμετρα έως μικρά.

Τα μειονεκτήματα της επίστρωσης ιόντων είναι: το πάχος της μεμβράνης δεν μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια.η συγκέντρωση των ελαττωμάτων είναι υψηλή όταν απαιτείται λεπτή επίστρωση.και αέρια θα εισέλθουν στην επιφάνεια κατά την επίστρωση, γεγονός που θα αλλάξει τις ιδιότητες της επιφάνειας.Σε ορισμένες περιπτώσεις, σχηματίζονται επίσης κοιλότητες και πυρήνες (λιγότερο από 1 nm).

Όσον αφορά τον ρυθμό εναπόθεσης, η επίστρωση ιόντων είναι συγκρίσιμη με τη μέθοδο εξάτμισης.Όσον αφορά την ποιότητα του φιλμ, τα φιλμ που παράγονται με επίστρωση ιόντων είναι κοντά ή καλύτερα από αυτά που παρασκευάζονται με ψεκασμό.