Glavna značajka metode vakuumskog isparavanja za nanošenje filmova je visoka brzina nanošenja. Glavna značajka metode raspršivanja je širok raspon dostupnih materijala za filmove i dobra ujednačenost sloja filma, ali brzina nanošenja je niska. Ionsko nanošenje je metoda koja kombinira ova dva procesa.
Princip ionskog premazivanja i uvjeti formiranja filma
Princip rada ionskog premazivanja prikazan je na slici. Vakuumska komora se pumpa na tlak ispod 10-4 Pa, a zatim se puni inertnim plinom (npr. argonom) na tlak od 0,1~1 Pa. Nakon što se na podlogu primijeni negativni istosmjerni napon do 5 kV, između podloge i lončića uspostavlja se zona plazme niskog tlaka s tlijućim izbojem. Ioni inertnog plina ubrzavaju se električnim poljem i bombardiraju površinu podloge, čisteći tako površinu obratka. Nakon što je ovaj proces čišćenja završen, proces premazivanja započinje isparavanjem materijala koji se premazuje u lončiću. Isparene čestice pare ulaze u plazma zonu i sudaraju se s disociranim inertnim pozitivnim ionima i elektronima, a neke od čestica pare disociraju se i bombardiraju obratak i površinu premaza pod ubrzanjem električnog polja. U procesu ionskog premazivanja ne dolazi samo do taloženja već i do raspršivanja pozitivnih iona na podlozi, tako da se tanki film može formirati samo kada je učinak taloženja veći od učinka raspršivanja.
Proces ionskog premazivanja, u kojem se podloga uvijek bombardira visokoenergetskim ionima, vrlo je čist i ima niz prednosti u usporedbi s premazivanjem raspršivanjem i isparavanjem.
(1) Snažno prianjanje, sloj premaza se ne ljušti lako.
(a) U procesu ionskog premazivanja, veliki broj visokoenergetskih čestica generiranih tinjajućim pražnjenjem koristi se za stvaranje katodnog efekta raspršivanja na površini podloge, raspršujući i čisteći plin i ulje adsorbirane na površini podloge kako bi se pročistila površina podloge sve dok se cijeli proces premazivanja ne završi.
(b) U ranoj fazi premazivanja, raspršivanje i taloženje koegzistiraju, što može formirati prijelazni sloj komponenti na granici filmske baze ili mješavinu filmskog materijala i osnovnog materijala, nazvanu „pseudo-difuzijski sloj“, što može učinkovito poboljšati prianjanje filma.
(2) Dobra svojstva omotavanja. Jedan od razloga je taj što se atomi materijala premaza ioniziraju pod visokim tlakom i sudaraju s molekulama plina nekoliko puta tijekom procesa dosezanja podloge, tako da se ioni materijala premaza mogu raspršiti po podlozi. Osim toga, ionizirani atomi materijala premaza talože se na površini podloge pod djelovanjem električnog polja, tako da se cijela podloga taloži tankim filmom, ali isparavanje premaza ne može postići taj učinak.
(3) Visoka kvaliteta premaza posljedica je raspršivanja kondenzata uzrokovanog stalnim bombardiranjem nanesenog filma pozitivnim ionima, što poboljšava gustoću sloja premaza.
(4) Širok izbor materijala za premazivanje i podloga može se premazati na metalnim ili nemetalnim materijalima.
(5) U usporedbi s kemijskim taloženjem iz parne faze (CVD), ima nižu temperaturu podloge, obično ispod 500 °C, ali je njegova čvrstoća prianjanja u potpunosti usporediva s filmovima kemijskog taloženja iz parne faze.
(6) Visoka brzina taloženja, brzo stvaranje filma i mogućnost nanošenja debljine filma od desetaka nanometara do mikrona.
Nedostaci ionskog premazivanja su: debljina filma se ne može precizno kontrolirati; koncentracija defekata je visoka kada je potreban fini premaz; a plinovi će ući u površinu tijekom premazivanja, što će promijeniti svojstva površine. U nekim slučajevima se također formiraju šupljine i jezgre (manje od 1 nm).
Što se tiče brzine taloženja, ionsko nanošenje je usporedivo s metodom isparavanja. Što se tiče kvalitete filma, filmovi dobiveni ionskim nanošenjem su bliski ili bolji od onih pripremljenih raspršivanjem.
Vrijeme objave: 08.11.2022.