იონური საფარის ტექნოლოგია

ფირების დასაფენად ვაკუუმური აორთქლების მეთოდის მთავარი მახასიათებელია მაღალი დალექვის სიჩქარე. გაფრქვევის მეთოდის მთავარი მახასიათებელია ხელმისაწვდომი ფირის მასალების ფართო სპექტრი და ფირის ფენის კარგი ერთგვაროვნება, მაგრამ დალექვის სიჩქარე დაბალია. იონური საფარი არის მეთოდი, რომელიც აერთიანებს ამ ორ პროცესს.

იონური საფარის პრინციპი და აპკის ფორმირების პირობები
იონური საფარის მუშაობის პრინციპი ნაჩვენებია სურათზე. ვაკუუმური კამერა იტუმბება 10-4 პა-ზე დაბალ წნევამდე, შემდეგ კი ივსება ინერტული აირით (მაგ. არგონი) 0.1~1 პა წნევამდე. სუბსტრატზე 5 კვ-მდე უარყოფითი მუდმივი დენის ძაბვის გამოყენების შემდეგ, სუბსტრატსა და ტილოვან ხსნარს შორის იქმნება დაბალი წნევის გაზის ნათების პლაზმური ზონა. ინერტული აირის იონები აჩქარებულია ელექტრული ველით და ბომბავენ სუბსტრატის ზედაპირს, რითაც იწმინდება სამუშაო ნაწილის ზედაპირი. ამ გაწმენდის პროცესის დასრულების შემდეგ, იწყება საფარის პროცესი ტილოვან ხსნარში დასაფარი მასალის აორთქლებით. აორთქლებული ორთქლის ნაწილაკები შედიან პლაზმის ზონაში და ეჯახებიან დისოცირებულ ინერტულ დადებით იონებსა და ელექტრონებს, ხოლო ორთქლის ნაწილაკების ნაწილი დისოცირდება და ბომბავს სამუშაო ნაწილს და საფარის ზედაპირს ელექტრული ველის აჩქარების ქვეშ. იონური მოპირკეთების პროცესში ხდება არა მხოლოდ დალექვა, არამედ დადებითი იონების გაფრქვევაც სუბსტრატზე, ამიტომ თხელი ფენის წარმოქმნა შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როდესაც დალექვის ეფექტი აღემატება გაფრქვევის ეფექტს.

იონური საფარის პროცესი, რომლის დროსაც სუბსტრატი ყოველთვის იბომბება მაღალი ენერგიის იონებით, ძალიან სუფთაა და აქვს მთელი რიგი უპირატესობები გაფრქვევასთან და აორთქლების საფართან შედარებით.

(1) ძლიერი ადჰეზია, საფარის ფენა ადვილად არ იშლება.
(ა) იონური საფარის პროცესში, ნათების გამონადენის შედეგად წარმოქმნილი მაღალი ენერგიის ნაწილაკების დიდი რაოდენობა გამოიყენება სუბსტრატის ზედაპირზე კათოდური გაფრქვევის ეფექტის შესაქმნელად, სუბსტრატის ზედაპირზე ადსორბირებული აირისა და ზეთის გაფრქვევით და გასაწმენდად, რათა სუბსტრატის ზედაპირი გაიწმინდოს საფარის მთელი პროცესის დასრულებამდე.
(ბ) საფარის ადრეულ ეტაპზე, გაფრქვევა და დალექვა თანაარსებობენ, რამაც შეიძლება წარმოქმნას კომპონენტების გარდამავალი ფენა ფირის ფუძის საზღვარზე ან ფირის მასალისა და ბაზისური მასალის ნარევი, რომელსაც „ფსევდოდიფუზიური ფენა“ ეწოდება, რამაც შეიძლება ეფექტურად გააუმჯობესოს ფირის ადჰეზიური მახასიათებლები.
(2) კარგი შემოხვევის თვისებები. ერთ-ერთი მიზეზი ის არის, რომ საფარის მასალის ატომები იონიზდება მაღალი წნევის ქვეშ და სუბსტრატამდე მიღწევის პროცესში რამდენჯერმე ეჯახება აირის მოლეკულებს, რის გამოც საფარის მასალის იონები შეიძლება გაიფანტოს სუბსტრატის გარშემო. გარდა ამისა, იონიზებული საფარის მასალის ატომები ელექტრული ველის ზემოქმედებით ილექება სუბსტრატის ზედაპირზე, ამიტომ მთელი სუბსტრატი ილექება თხელი აპკით, მაგრამ აორთქლების საფარით ამ ეფექტის მიღწევა შეუძლებელია.
(3) საფარის მაღალი ხარისხი განპირობებულია კონდენსატის გაფრქვევით, რაც გამოწვეულია დალექილი ფენის დადებითი იონებით მუდმივი დაბომბვით, რაც აუმჯობესებს საფარის ფენის სიმკვრივეს.
(4) მეტალის ან არამეტალის მასალებზე შესაძლებელია საფარის მასალებისა და სუბსტრატების ფართო არჩევანის დაფარვა.
(5) ქიმიური ორთქლის დეპონირებასთან (CVD) შედარებით, მას აქვს უფრო დაბალი სუბსტრატის ტემპერატურა, როგორც წესი, 500°C-ზე ნაკლები, მაგრამ მისი ადჰეზიის სიმტკიცე სრულად შედარებადია ქიმიური ორთქლის დეპონირების ფირებთან.
(6) მაღალი დეპონირების სიჩქარე, სწრაფი ფენის ფორმირება და ფენების საფარის სისქე შეიძლება იყოს ათობით ნანომეტრიდან მიკრონებამდე.

იონური საფარის ნაკლოვანებებია: ფენის სისქის ზუსტად კონტროლი შეუძლებელია; წვრილი საფარის საჭიროების შემთხვევაში დეფექტების კონცენტრაცია მაღალია; დაფარვის დროს ზედაპირზე აირები მოხვდება, რაც ზედაპირის თვისებებს შეცვლის. ზოგიერთ შემთხვევაში, ასევე წარმოიქმნება ღრუები და ბირთვები (1 ნმ-ზე ნაკლები).

რაც შეეხება დალექვის სიჩქარეს, იონური საფარი შედარებადია აორთქლების მეთოდთან. რაც შეეხება ფირის ხარისხს, იონური საფარით მიღებული ფირები ახლოსაა ან უკეთესია, ვიდრე გაფრქვევით მიღებული ფირები.