قانون رشد لایه فیلم پوشش تبخیر در خلاء

در طول پوشش‌دهی تبخیری، هسته‌زایی و رشد لایه فیلم، اساس فناوری‌های مختلف پوشش‌دهی یونی است.

۱. هسته‌زایی

Inفناوری پوشش‌دهی با تبخیر در خلاءپس از اینکه ذرات لایه فیلم به شکل اتم از منبع تبخیر تبخیر شدند، مستقیماً در خلاء بالا به سمت قطعه کار پرواز می‌کنند و با هسته‌زایی و رشد روی سطح قطعه کار، لایه فیلم را تشکیل می‌دهند. در طول تبخیر خلاء، انرژی اتم‌های لایه فیلم که از منبع تبخیر خارج می‌شوند حدود 0.2eV است. هنگامی که چسبندگی بین ذرات لایه فیلم بیشتر از نیروی پیوند بین اتم‌های لایه فیلم و قطعه کار باشد، یک هسته جزیره‌ای تشکیل می‌شود. یک اتم لایه فیلم برای مدت زمانی روی سطح قطعه کار باقی می‌ماند و با سایر اتم‌ها حرکت نامنظم، انتشار، مهاجرت یا برخورد می‌کند تا خوشه‌های اتمی تشکیل دهد. تعداد اتم‌ها در خوشه اتمی به یک مقدار بحرانی خاص می‌رسد، یک هسته پایدار تشکیل می‌شود که هسته همگن شکل نامیده می‌شود.

صاف است و شامل نقص‌ها و پله‌های زیادی است که باعث تفاوت در نیروی جذب قسمت‌های مختلف قطعه کار به اتم‌های رادیواکتیو می‌شود. انرژی جذب سطح نقص بیشتر از سطح معمولی است، بنابراین به مرکز فعال تبدیل می‌شود که منجر به هسته‌زایی ترجیحی می‌شود که به آن هسته‌زایی ناهمگن می‌گویند. هنگامی که نیروی چسبندگی برابر با نیروی اتصال باشد، یا نیروی اتصال بین اتم‌های غشاء و قطعه کار بیشتر از نیروی اتصال بین اتم‌های غشاء باشد، ساختار لایه‌ای تشکیل می‌شود. در فناوری آبکاری یونی، در بیشتر موارد هسته جزیره‌ای تشکیل می‌شود.

۲. رشد

پس از تشکیل هسته فیلم، با به دام انداختن اتم‌های فرودی، به رشد خود ادامه می‌دهد. جزایر رشد کرده و با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا نیمکره‌های بزرگتری تشکیل دهند و به تدریج یک لایه جزیره‌ای نیم‌کره تشکیل می‌دهند که روی سطح قطعه کار پخش می‌شود.

وقتی انرژی اتمی لایه فیلم بالا باشد، می‌تواند به اندازه کافی روی سطح پخش شود و وقتی خوشه‌های اتمی بعدی کوچک باشند، یک فیلم پیوسته صاف تشکیل می‌شود. اگر پخش اتم‌ها روی سطح ضعیف و اندازه خوشه‌های رسوب‌شده بزرگ باشد، آن‌ها به صورت هسته‌های شبه‌جزیره‌ای بزرگ وجود دارند. بالای هسته جزیره‌ای اثر سایه‌ای قوی روی قسمت مقعر دارد، که به آن "اثر سایه" می‌گویند. برآمدگی سطح برای جذب اتم‌های رسوب‌شده بعدی و رشد ترجیحی مساعدتر است و در نتیجه درجه تقعر روی سطح افزایش می‌یابد تا کریستال‌های مخروطی یا ستونی با اندازه کافی تشکیل شوند. حفره‌های نفوذی بین کریستال‌های مخروطی تشکیل می‌شوند و مقدار زبری سطح افزایش می‌یابد. بافت ظریف را می‌توان در خلاء بالا به دست آورد، با کاهش درجه خلاء، ریزساختار غشاء ضخیم‌تر و ضخیم‌تر می‌شود.