La principal característica del método de evaporación al vacío para la deposición de películas es su alta tasa de deposición. La principal característica del método de pulverización catódica es la amplia gama de materiales de película disponibles y la buena uniformidad de la capa de película, pero la tasa de deposición es baja. El recubrimiento iónico es un método que combina estos dos procesos.
Principio de recubrimiento iónico y condiciones de formación de la película
El principio de funcionamiento del recubrimiento iónico se muestra en la imagen. La cámara de vacío se bombea a una presión inferior a 10-4 Pa y luego se llena con gas inerte (p. ej., argón) a una presión de 0,1 a 1 Pa. Tras aplicar una tensión continua negativa de hasta 5 kV al sustrato, se establece una zona de plasma de descarga luminiscente de gas a baja presión entre el sustrato y el crisol. Los iones del gas inerte son acelerados por el campo eléctrico y bombardean la superficie del sustrato, limpiando así la superficie de la pieza de trabajo. Una vez completado este proceso de limpieza, comienza el proceso de recubrimiento con la vaporización del material a recubrir en el crisol. Las partículas de vapor vaporizadas entran en la zona de plasma y colisionan con los iones y electrones positivos inertes disociados, y algunas de las partículas de vapor se disocian y bombardean la pieza de trabajo y la superficie del recubrimiento bajo la aceleración del campo eléctrico. En el proceso de recubrimiento iónico, no solo hay deposición sino también pulverización catódica de iones positivos sobre el sustrato, por lo que la película delgada se puede formar solo cuando el efecto de deposición es mayor que el efecto de pulverización catódica.
El proceso de recubrimiento iónico, en el que el sustrato siempre es bombardeado con iones de alta energía, es muy limpio y tiene una serie de ventajas en comparación con el recubrimiento por pulverización catódica y por evaporación.
(1) Fuerte adhesión, la capa de revestimiento no se desprende fácilmente.
(a)En el proceso de recubrimiento iónico, se utiliza una gran cantidad de partículas de alta energía generadas por la descarga luminiscente para producir un efecto de pulverización catódica en la superficie del sustrato, pulverizando y limpiando el gas y el aceite adsorbidos en la superficie del sustrato para purificar la superficie del sustrato hasta que se completa todo el proceso de recubrimiento.
(b)En la etapa temprana del recubrimiento, coexisten la pulverización catódica y la deposición, lo que puede formar una capa de transición de componentes en la interfaz de la base de la película o una mezcla del material de la película y el material de base, denominada “capa de pseudodifusión”, que puede mejorar eficazmente el rendimiento de adhesión de la película.
(2) Buenas propiedades de envoltura. Una razón es que los átomos del material de recubrimiento se ionizan a alta presión y colisionan con moléculas de gas varias veces al llegar al sustrato, lo que permite que los iones se dispersen por él. Además, los átomos ionizados del material de recubrimiento se depositan en la superficie del sustrato bajo la acción de un campo eléctrico, formando una película delgada sobre todo el sustrato, a diferencia del recubrimiento por evaporación.
(3)La alta calidad del recubrimiento se debe a la pulverización de condensados provocada por el bombardeo constante de la película depositada con iones positivos, lo que mejora la densidad de la capa de recubrimiento.
(4)Se puede aplicar una amplia selección de materiales de revestimiento y sustratos sobre materiales metálicos o no metálicos.
(5)En comparación con la deposición química de vapor (CVD), tiene una temperatura de sustrato más baja, normalmente por debajo de 500 °C, pero su fuerza de adhesión es totalmente comparable a las películas de deposición química de vapor.
(6) Alta tasa de deposición, rápida formación de películas y posible recubrimiento de espesores de películas desde decenas de nanómetros hasta micrones.
Las desventajas del recubrimiento iónico son: el espesor de la película no se puede controlar con precisión; la concentración de defectos es alta cuando se requiere un recubrimiento fino; y la entrada de gases en la superficie durante el recubrimiento, lo que altera sus propiedades. En algunos casos, también se forman cavidades y núcleos (de menos de 1 nm).
En cuanto a la velocidad de deposición, el recubrimiento iónico es comparable al método de evaporación. En cuanto a la calidad de la película, las películas producidas por recubrimiento iónico son similares o incluso mejores que las preparadas por pulverización catódica.
Hora de publicación: 08-nov-2022