真空蒸着膜層の成長法則

蒸着コーティングにおいて、膜層の核生成と成長は、様々なイオンコーティング技術の基礎となる。

1.核生成

In真空蒸着コーティング技術膜層粒子が蒸発源から原子の形で蒸発した後、高真空中で直接ワークピースに飛来し、ワークピース表面で核生成と成長によって膜層を形成します。真空蒸発中、蒸発源から脱出する膜層原子のエネルギーは約 0.2eV です。膜層の粒子間の凝集力が膜層の原子とワークピース間の結合力よりも大きい場合、島状の核が形成されます。単一の膜層原子は、一定時間ワークピース表面にとどまり、不規則な動き、拡散、移動、または他の原子との衝突を行い、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一定の臨界値に達すると、安定した核が形成され、これを均質な形状の核と呼びます。

表面が滑らかで、多くの欠陥や段差が含まれているため、ワークピースの異なる部分と放射性原子との吸着力に差が生じます。欠陥表面の吸着エネルギーは正常表面の吸着エネルギーよりも大きいため、活性中心となり、優先的な核生成に有利になります。これを不均一核生成と呼びます。凝集力が結合力と等しい場合、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、層状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、島状コアが形成されます。

2.成長

膜の中心部が形成されると、入射原子を捕捉することで成長を続ける。島状構造は成長し、互いに結合してより大きな半球を形成し、徐々に半球状の島状層を形成して、加工対象物の表面全体に広がっていく。

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、後続の原子クラスターが小さい場合は滑らかで連続した膜を形成することができる。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する。島状核の上部は凹面に対して強い遮光効果を持ち、これが「影効果」である。表面の投影は、後続の堆積原子を捕捉して優先的に成長するのに有利であり、その結果、表面の凹みの度合いが増加し、十分なサイズの円錐形または柱状の結晶が形成される。円錐形の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。高真空では微細な組織が得られ、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。