La principale caractéristique de la méthode d'évaporation sous vide pour le dépôt de films est sa vitesse de dépôt élevée. La principale caractéristique de la pulvérisation cathodique est la grande variété de matériaux de film disponibles et la bonne uniformité de la couche déposée, mais sa vitesse de dépôt est faible. Le revêtement ionique est une méthode qui combine ces deux procédés.
Principe du revêtement ionique et conditions de formation du film
Le principe de fonctionnement du revêtement ionique est illustré sur la figure. La chambre à vide est mise sous vide à une pression inférieure à 10⁻⁴ Pa, puis remplie de gaz inerte (par exemple, de l'argon) jusqu'à une pression de 0,1 à 1 Pa. Après l'application d'une tension continue négative pouvant atteindre 5 kV au substrat, une zone de plasma de décharge luminescente à basse pression est établie entre le substrat et le creuset. Les ions du gaz inerte sont accélérés par le champ électrique et bombardent la surface du substrat, la nettoyant ainsi. Une fois ce nettoyage terminé, le processus de revêtement commence par la vaporisation du matériau à déposer dans le creuset. Les particules de vapeur pénètrent dans la zone de plasma et entrent en collision avec les ions positifs et les électrons dissociés du gaz inerte. Certaines de ces particules se dissocient et bombardent la pièce et la surface du revêtement sous l'effet de l'accélération du champ électrique. Dans le procédé de placage ionique, il y a non seulement dépôt mais aussi pulvérisation d'ions positifs sur le substrat ; par conséquent, le film mince ne peut se former que lorsque l'effet de dépôt est supérieur à l'effet de pulvérisation.
Le procédé de revêtement ionique, dans lequel le substrat est constamment bombardé d'ions de haute énergie, est très propre et présente de nombreux avantages par rapport au revêtement par pulvérisation cathodique et par évaporation.
(1) Forte adhérence, la couche de revêtement ne se décolle pas facilement.
(a)Dans le processus de revêtement ionique, un grand nombre de particules à haute énergie générées par la décharge luminescente sont utilisées pour produire un effet de pulvérisation cathodique sur la surface du substrat, pulvérisant et nettoyant le gaz et l'huile adsorbés sur la surface du substrat pour purifier la surface du substrat jusqu'à ce que tout le processus de revêtement soit terminé.
(b) Au début du revêtement, la pulvérisation et le dépôt coexistent, ce qui peut former une couche de transition de composants à l'interface de la base du film ou un mélange du matériau du film et du matériau de base, appelée « couche de pseudo-diffusion », qui peut améliorer efficacement les performances d'adhérence du film.
(2) Excellentes propriétés d'enrobage. Ceci s'explique notamment par l'ionisation des atomes du matériau de revêtement sous haute pression. Lors de leur dépôt sur le substrat, les atomes entrent en collision à plusieurs reprises avec les molécules de gaz, ce qui permet leur dispersion autour du substrat. De plus, sous l'action d'un champ électrique, les atomes ionisés se déposent sur la surface du substrat, formant ainsi un film mince recouvrant l'ensemble du substrat. Cet effet est impossible à obtenir par évaporation.
(3)La haute qualité du revêtement est due à la pulvérisation des condensats causée par le bombardement constant du film déposé avec des ions positifs, ce qui améliore la densité de la couche de revêtement.
(4) Une large sélection de matériaux de revêtement et de substrats peut être appliquée sur des matériaux métalliques ou non métalliques.
(5)Comparé au dépôt chimique en phase vapeur (CVD), il a une température de substrat plus basse, généralement inférieure à 500 °C, mais sa force d'adhérence est tout à fait comparable à celle des films de dépôt chimique en phase vapeur.
(6) Taux de dépôt élevé, formation de film rapide et épaisseur de revêtement possible de films de quelques dizaines de nanomètres à quelques microns.
Les inconvénients du revêtement ionique sont les suivants : l’épaisseur du film ne peut être contrôlée avec précision ; la concentration de défauts est élevée lorsque des revêtements fins sont requis ; et des gaz pénètrent à la surface pendant le revêtement, ce qui modifie ses propriétés. Dans certains cas, des cavités et des germes (de moins de 1 nm) se forment également.
En termes de vitesse de dépôt, le revêtement ionique est comparable à la méthode d'évaporation. Quant à la qualité du film, les films obtenus par revêtement ionique sont d'une qualité similaire, voire supérieure, à celle des films préparés par pulvérisation cathodique.
Date de publication : 8 novembre 2022