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 disponibles para las películas y la buena uniformidad de la capa, pero su 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 vacía a una presión inferior a 10⁻⁴ Pa y, a continuación, se llena con gas inerte (por ejemplo, argón) a una presión de 0,1 a 1 Pa. Tras aplicar un voltaje CC negativo 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 finalizado este proceso de limpieza, comienza el proceso de recubrimiento con la vaporización del material a recubrir en el crisol. Las partículas de vapor entran en la zona de plasma y colisionan con los iones positivos inertes disociados y los electrones. Algunas de estas partículas de vapor se disocian y bombardean la pieza de trabajo y la superficie de recubrimiento bajo la aceleración del campo eléctrico. En el proceso de recubrimiento iónico, no solo se produce la deposición, sino también la pulverización catódica de iones positivos sobre el sustrato, por lo que la película delgada solo se puede formar cuando el efecto de deposición es mayor que el efecto de pulverización catódica.
El proceso de recubrimiento iónico, en el que el sustrato es bombardeado continuamente con iones de alta energía, es muy limpio y presenta varias ventajas en comparación con el recubrimiento por pulverización catódica y evaporación.
(1) Fuerte adhesión, la capa de recubrimiento no se despega 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 complete todo el proceso de recubrimiento.
(b)En la etapa inicial del recubrimiento, la pulverización catódica y la deposición coexisten, 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 base, llamada “capa de pseudodifusión”, que puede mejorar eficazmente el rendimiento de adhesión de la película.
(2) Buenas propiedades de recubrimiento. Una razón es que los átomos del material de recubrimiento se ionizan a alta presión y colisionan con las moléculas de gas varias veces durante el proceso de contacto con el sustrato, lo que permite que los iones del material de recubrimiento se dispersen alrededor del sustrato. Además, los átomos ionizados del material de recubrimiento se depositan en la superficie del sustrato bajo la acción de un campo eléctrico, de modo que todo el sustrato queda recubierto con una película delgada; el recubrimiento por evaporación no logra este efecto.
(3)La alta calidad del recubrimiento se debe a la pulverización catódica de condensados causada 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 recubrimiento 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, típicamente por debajo de 500 °C, pero su fuerza de adhesión es totalmente comparable a la de las películas de deposición química de vapor.
(6) Alta tasa de deposición, rápida formación de película y espesor de recubrimiento de películas de decenas de nanómetros a micras.
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 durante el proceso de recubrimiento, los gases penetran en la superficie, alterando 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 producidas mediante recubrimiento iónico son similares o incluso mejores que las preparadas por pulverización catódica.
Fecha de publicación: 8 de noviembre de 2022