Ciri utama metode penguapan vakum untuk pengendapan film adalah laju pengendapan yang tinggi. Ciri utama metode sputtering adalah beragamnya material film yang tersedia dan keseragaman lapisan film yang baik, tetapi laju pengendapannya rendah. Pelapisan ion adalah metode yang menggabungkan kedua proses ini.
Prinsip pelapisan ion dan kondisi pembentukan film
Prinsip kerja pelapisan ion ditunjukkan pada Gambar. Ruang vakum dipompa hingga tekanan di bawah 10⁻⁴ Pa, kemudian diisi dengan gas inert (misalnya argon) hingga tekanan 0,1~1 Pa. Setelah tegangan DC negatif hingga 5 kV diterapkan pada substrat, zona plasma lucutan pijar gas bertekanan rendah terbentuk antara substrat dan wadah. Ion gas inert dipercepat oleh medan listrik dan membombardir permukaan substrat, sehingga membersihkan permukaan benda kerja. Setelah proses pembersihan ini selesai, proses pelapisan dimulai dengan penguapan material yang akan dilapisi di dalam wadah. Partikel uap yang menguap memasuki zona plasma dan bertabrakan dengan ion positif inert dan elektron yang terdisosiasi, dan beberapa partikel uap terdisosiasi dan membombardir benda kerja dan permukaan lapisan di bawah percepatan medan listrik. Dalam proses pelapisan ion, tidak hanya terjadi pengendapan tetapi juga sputtering ion positif pada substrat, sehingga lapisan tipis hanya dapat terbentuk ketika efek pengendapan lebih besar daripada efek sputtering.
Proses pelapisan ion, di mana substrat selalu dibombardir dengan ion berenergi tinggi, sangat bersih dan memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan dengan pelapisan sputtering dan evaporasi.
(1) Daya rekat kuat, lapisan pelapis tidak mudah terkelupas.
(a)Dalam proses pelapisan ion, sejumlah besar partikel berenergi tinggi yang dihasilkan oleh lucutan pijar digunakan untuk menghasilkan efek sputtering katodik pada permukaan substrat, menyemprot dan membersihkan gas dan minyak yang terserap pada permukaan substrat untuk memurnikan permukaan substrat hingga seluruh proses pelapisan selesai.
(b) Pada tahap awal pelapisan, proses sputtering dan deposisi terjadi secara bersamaan, yang dapat membentuk lapisan transisi komponen pada antarmuka bahan dasar film atau campuran bahan film dan bahan dasar, yang disebut "lapisan pseudo-difusi", yang dapat secara efektif meningkatkan kinerja adhesi film.
(2) Sifat pembungkus yang baik. Salah satu alasannya adalah atom bahan pelapis terionisasi di bawah tekanan tinggi dan bertabrakan dengan molekul gas beberapa kali selama proses mencapai substrat, sehingga ion bahan pelapis dapat tersebar di sekitar substrat. Selain itu, atom bahan pelapis yang terionisasi diendapkan pada permukaan substrat di bawah pengaruh medan listrik, sehingga seluruh substrat dilapisi dengan lapisan tipis, sedangkan pelapisan evaporasi tidak dapat mencapai efek ini.
(3)Kualitas lapisan yang tinggi disebabkan oleh sputtering kondensat yang disebabkan oleh bombardir konstan lapisan film yang diendapkan dengan ion positif, yang meningkatkan kepadatan lapisan pelapis.
(4)Berbagai macam bahan pelapis dan substrat dapat dilapisi pada bahan logam atau non-logam.
(5) Dibandingkan dengan deposisi uap kimia (CVD), ia memiliki suhu substrat yang lebih rendah, biasanya di bawah 500°C, tetapi kekuatan adhesinya sepenuhnya sebanding dengan film deposisi uap kimia.
(6) Tingkat pengendapan yang tinggi, pembentukan film yang cepat, dan dapat melapisi ketebalan film dari puluhan nanometer hingga mikron.
Kelemahan pelapisan ion adalah: ketebalan lapisan tidak dapat dikontrol secara tepat; konsentrasi cacat tinggi ketika diperlukan pelapisan halus; dan gas akan masuk ke permukaan selama pelapisan, yang akan mengubah sifat permukaan. Dalam beberapa kasus, rongga dan inti (kurang dari 1 nm) juga terbentuk.
Sedangkan untuk laju pengendapan, pelapisan ion sebanding dengan metode penguapan. Sedangkan untuk kualitas film, film yang dihasilkan dengan pelapisan ion mendekati atau lebih baik daripada film yang dibuat dengan metode sputtering.
Waktu posting: 08-Nov-2022