La caratteristica principale del metodo di evaporazione sotto vuoto per la deposizione di film è l'elevata velocità di deposizione. Il metodo di sputtering è caratterizzato dall'ampia gamma di materiali disponibili e dalla buona uniformità dello strato di film, ma la velocità di deposizione è bassa. Il rivestimento ionico è un metodo che combina questi due processi.
Principio del rivestimento ionico e condizioni di formazione del film
Il principio di funzionamento del rivestimento ionico è illustrato in figura. La camera a vuoto viene pompata a una pressione inferiore a 10-4 Pa e quindi riempita con gas inerte (ad esempio argon) a una pressione di 0,1~1 Pa. Dopo aver applicato al substrato una tensione continua negativa fino a 5 kV, si crea una zona di plasma a scarica luminescente a gas a bassa pressione tra il substrato e il crogiolo. Gli ioni del gas inerte vengono accelerati dal campo elettrico e bombardano la superficie del substrato, pulendo così la superficie del pezzo. Al termine di questo processo di pulizia, il processo di rivestimento inizia con la vaporizzazione del materiale da rivestire nel crogiolo. Le particelle di vapore vaporizzate entrano nella zona di plasma e collidono con gli ioni positivi inerti dissociati e gli elettroni, e alcune delle particelle di vapore si dissociano e bombardano il pezzo e la superficie del rivestimento sotto l'accelerazione del campo elettrico. Nel processo di placcatura ionica non si verifica solo la deposizione, ma anche lo sputtering di ioni positivi sul substrato, quindi la pellicola sottile può formarsi solo quando l'effetto di deposizione è maggiore dell'effetto di sputtering.
Il processo di rivestimento ionico, in cui il substrato viene sempre bombardato con ioni ad alta energia, è molto pulito e presenta numerosi vantaggi rispetto al rivestimento mediante sputtering e evaporazione.
(1) Forte adesione, lo strato di rivestimento non si stacca facilmente.
(a) Nel processo di rivestimento ionico, un gran numero di particelle ad alta energia generate dalla scarica luminescente vengono utilizzate per produrre un effetto di sputtering catodico sulla superficie del substrato, spruzzando e pulendo il gas e l'olio adsorbiti sulla superficie del substrato per purificare la superficie del substrato fino al completamento dell'intero processo di rivestimento.
(b)Nella fase iniziale del rivestimento, coesistono sputtering e deposizione, che possono formare uno strato di transizione di componenti all'interfaccia della base della pellicola o una miscela del materiale della pellicola e del materiale di base, chiamata "strato di pseudo-diffusione", che può migliorare efficacemente le prestazioni di adesione della pellicola.
(2) Buone proprietà di avvolgimento. Uno dei motivi è che gli atomi del materiale di rivestimento vengono ionizzati ad alta pressione e collidono più volte con le molecole di gas durante il processo di raggiungimento del substrato, in modo che gli ioni del materiale di rivestimento possano essere dispersi attorno al substrato. Inoltre, gli atomi del materiale di rivestimento ionizzati si depositano sulla superficie del substrato sotto l'azione del campo elettrico, quindi l'intero substrato viene depositato con un film sottile, ma il rivestimento per evaporazione non può ottenere questo effetto.
(3)L'elevata qualità del rivestimento è dovuta allo sputtering di condensa causato dal bombardamento costante del film depositato con ioni positivi, che migliora la densità dello strato di rivestimento.
(4)È possibile rivestire un'ampia gamma di materiali di rivestimento e substrati su materiali metallici o non metallici.
(5)Rispetto alla deposizione chimica da vapore (CVD), ha una temperatura del substrato inferiore, in genere inferiore a 500°C, ma la sua forza di adesione è del tutto paragonabile a quella dei film di deposizione chimica da vapore.
(6) Elevata velocità di deposizione, rapida formazione della pellicola e spessore del rivestimento della pellicola da decine di nanometri a micron.
Gli svantaggi del rivestimento ionico sono: lo spessore del film non può essere controllato con precisione; la concentrazione di difetti è elevata quando è richiesto un rivestimento fine; e durante il rivestimento, i gas penetrano nella superficie, alterandone le proprietà. In alcuni casi, si formano anche cavità e nuclei (inferiori a 1 nm).
In termini di velocità di deposizione, il rivestimento ionico è paragonabile al metodo di evaporazione. In termini di qualità del film, i film prodotti con il rivestimento ionico sono simili o migliori di quelli ottenuti mediante sputtering.
Data di pubblicazione: 08-11-2022