טכנולוגיית ציפוי יונים

המאפיין העיקרי של שיטת אידוי ואקום להפקדת סרטים הוא קצב ההפקדה הגבוה. המאפיין העיקרי של שיטת ההתזה הוא מגוון רחב של חומרי סרט זמינים ואחידות טובה של שכבת הסרט, אך קצב ההפקדה נמוך. ציפוי יונים היא שיטה המשלבת את שני התהליכים הללו.

עקרון ציפוי יונים ותנאי היווצרות שכבה
עקרון הפעולה של ציפוי יונים מוצג בתמונה. תא הוואקום נשאב ללחץ מתחת ל-10-4 פאסל, ולאחר מכן ממולא בגז אינרטי (למשל ארגון) ללחץ של 0.1~1 פאסל. לאחר הפעלת מתח ישר שלילי של עד 5 קילו-וולט על המצע, נוצר אזור פלזמה של פריקת גז זוהר בלחץ נמוך בין המצע לכור ההיתוך. יוני הגז האינרטיים מואצים על ידי השדה החשמלי ומפציצים את פני המצע, ובכך מנקים את פני החומר. לאחר השלמת תהליך ניקוי זה, תהליך הציפוי מתחיל באידוי החומר המיועד לציפוי בכור ההיתוך. חלקיקי האדים המאודים נכנסים לאזור הפלזמה ומתנגשים ביונים ובאלקטרונים האינרטיים החיוביים המפורקים, וחלק מחלקיקי האדים מתפרקים ומפציצים את חומר העבודה ואת פני הציפוי תחת תאוצת השדה החשמלי. בתהליך ציפוי היונים, יש לא רק שיקוע אלא גם התזה של יונים חיוביים על המצע, כך שהשכבה הדקה יכולה להיווצר רק כאשר אפקט השיקוע גדול מאפקט ההתזה.

תהליך ציפוי היונים, שבו המצע תמיד מופגז ביונים בעלי אנרגיה גבוהה, הוא נקי מאוד ויש לו מספר יתרונות בהשוואה לציפוי התזה ואידוי.

(1) הידבקות חזקה, שכבת הציפוי אינה מתקלפת בקלות.
(א) בתהליך ציפוי היונים, מספר רב של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה הנוצרים על ידי פריקת הזוהר משמשים ליצירת אפקט התזה קתודי על פני המצע, תוך התזה וניקוי הגז והשמן הנספגים על פני המצע כדי לטהר את פני המצע עד להשלמת תהליך הציפוי כולו.
(ב) בשלב המוקדם של הציפוי, מתקיימים יחד התזה ושקיעה, שיכולים ליצור שכבת מעבר של רכיבים בממשק בסיס הסרט או תערובת של חומר הסרט וחומר הבסיס, הנקראת "שכבת פסאודו-דיפוזיה", שיכולה לשפר ביעילות את ביצועי ההידבקות של הסרט.
(2) תכונות עיטוף טובות. אחת הסיבות לכך היא שאטומי חומר הציפוי מיוננים תחת לחץ גבוה ומתנגשים במולקולות גז מספר פעמים במהלך תהליך ההגעה למצע, כך שיוני חומר הציפוי יכולים להתפזר סביב המצע. בנוסף, אטומי חומר הציפוי המיוננים שוקעים על פני המצע תחת פעולת שדה חשמלי, כך שכל המצע שוקעים בשכבה דקה, אך ציפוי אידוי אינו יכול להשיג אפקט זה.
(3) האיכות הגבוהה של הציפוי נובעת מהתזה של עיבויים הנגרמת מההפצצה המתמדת של הסרט המופקד ביונים חיוביים, מה שמשפר את צפיפות שכבת הציפוי.
(4) ניתן לצפות מבחר רחב של חומרי ציפוי ומצעים על חומרים מתכתיים או לא מתכתיים.
(5) בהשוואה לשקיעת אדים כימית (CVD), טמפרטורת המצע שלו נמוכה יותר, בדרך כלל מתחת ל-500 מעלות צלזיוס, אך חוזק ההידבקות שלו דומה לחלוטין לסרטי שקיעת אדים כימיים.
(6) קצב שיקוע גבוה, היווצרות שכבה מהירה, ועובי ציפוי של שכבות יכול להגיע מעשרות ננומטרים עד מיקרונים.

החסרונות של ציפוי יונים הם: לא ניתן לשלוט במדויק בעובי השכבה; ריכוז הפגמים גבוה כאשר נדרש ציפוי עדין; וגזים ייכנסו לפני השטח במהלך הציפוי, מה שישנה את תכונות פני השטח. במקרים מסוימים, נוצרים גם חללים וגרעינים (פחות מ-1 ננומטר).

באשר לקצב השקיעה, ציפוי יונים דומה לשיטת האידוי. באשר לאיכות הסרט, הסרטים המיוצרים על ידי ציפוי יונים קרובים או טובים יותר מאלה המוכנים על ידי התזה.