真空蒸着コーティング膜層の成長法則

蒸着コーティングでは、フィルム層の核形成と成長が様々なイオンコーティング技術の基礎となります。

1.核形成

In真空蒸着コーティング技術薄膜層粒子は、原子の形で蒸発源から蒸発した後、高真空中で直接ワークピースに飛行し、ワークピースの表面で核生成および成長によって薄膜層を形成します。真空蒸発中、蒸発源から逃げる薄膜層原子のエネルギーは約0.2eVです。薄膜層の粒子間の凝集力が薄膜層とワークピースの原子間の結合力よりも大きい場合、島状核を形成します。単一の薄膜層原子は、一定時間、ワークピースの表面にとどまり、不規則な運動、拡散、移動、または他の原子との衝突を行って原子クラスターを形成します。原子クラスター内の原子数が特定の臨界値に達すると、均質形状核と呼ばれる安定した核が形成されます。

表面は滑らかで、欠陥や段差が多く、放射性原子に対するワークピースの各部位の吸着力に差が生じます。欠陥表面の吸着エネルギーは通常の表面よりも大きいため、活性中心となり、優先核形成を促します。これを不均一核形成と呼びます。凝集力が結合力に等しい場合、または膜原子とワークピース間の結合力が膜原子間の凝集力よりも大きい場合、ラメラ構造が形成されます。イオンプレーティング技術では、ほとんどの場合、島状のコアが形成されます。

2.成長

フィルムのコアが形成されると、入射原子を捕捉しながら成長を続けます。島は成長し、互いに結合してより大きな半球を形成し、徐々にワークピースの表面全体に広がる半球状の島層を形成します。

膜層の原子エネルギーが高い場合、表面で十分に拡散することができ、後続の入射原子クラスターが小さい場合は、滑らかな連続膜を形成できます。表面での原子の拡散が弱く、堆積したクラスターのサイズが大きい場合、それらは大きな半島状の核として存在します。島核の上部は、凹部に強い遮光効果、つまり「影効果」をもたらします。表面の突出は、後続の堆積原子を捕捉して優先成長するのにさらに役立ち、その結果、表面の凹度が増加し、十分な大きさの円錐状または柱状の結晶が形成されます。円錐状結晶の間に貫通空隙が形成され、表面粗さの値が増加します。高真空で微細組織が得られ、真空度が低下するにつれて、膜の微細構造はますます厚くなります。