이온 코팅 기술

진공 증착법의 주된 특징은 높은 증착 속도입니다. 스퍼터링법의 주된 특징은 사용 가능한 박막 재료의 범위가 넓고 박막층의 균일성이 우수하다는 점이지만, 증착 속도가 느리다는 단점이 있습니다. 이온 코팅은 이 두 가지 공정을 결합한 방법입니다.

이온 코팅 원리 및 피막 형성 조건
그림은 이온 코팅의 작동 원리를 보여줍니다. 진공 챔버를 10⁻⁴ Pa 이하의 압력으로 진공 배기한 후, 아르곤과 같은 불활성 가스를 0.1~1 Pa의 압력으로 채웁니다. 기판에 최대 5kV의 음의 직류 전압을 인가하면 기판과 도가니 사이에 저압 가스 글로우 방전 플라즈마 영역이 형성됩니다. 불활성 가스 이온은 전기장에 의해 가속되어 기판 표면을 충격함으로써 공작물의 표면을 세척합니다. 이 세척 과정이 완료되면 도가니 내에서 코팅할 재료가 기화되면서 코팅 공정이 시작됩니다. 기화된 증기 입자는 플라즈마 영역으로 들어가 해리된 불활성 양이온 및 전자와 충돌하고, 일부 증기 입자는 해리되어 전기장의 가속 하에 공작물과 코팅 표면을 충격합니다. 이온 도금 공정에서는 기판에 양이온이 증착될 뿐만 아니라 스퍼터링되기도 하므로, 증착 효과가 스퍼터링 효과보다 클 때만 박막이 형성될 수 있다.

기판에 지속적으로 고에너지 이온을 충격하는 이온 코팅 공정은 매우 깨끗하며 스퍼터링 및 증착 코팅에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.

(1)강한 접착력으로 코팅층이 쉽게 벗겨지지 않습니다.
(a) 이온 코팅 공정에서는 글로우 방전에 의해 생성된 다수의 고에너지 입자를 이용하여 기판 표면에 음극 스퍼터링 효과를 발생시키고, 기판 표면에 흡착된 가스와 오일을 스퍼터링 및 세척하여 전체 코팅 공정이 완료될 때까지 기판 표면을 정화합니다.
(b) 코팅 초기 단계에서는 스퍼터링과 증착이 공존하여 필름 기판 또는 필름 재료와 기판 재료의 혼합물의 계면에서 구성 요소의 전이층, 즉 "유사 확산층"이 형성될 수 있으며, 이는 필름의 접착 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
(2) 우수한 감싸는 성질을 가짐. 그 이유는 코팅 재료 원자가 고압 하에서 이온화되어 기판에 도달하는 과정에서 기체 분자와 여러 번 충돌하여 코팅 재료 이온이 기판 주위에 산란될 수 있기 때문이다. 또한, 이온화된 코팅 재료 원자는 전기장의 작용으로 기판 표면에 증착되어 기판 전체에 얇은 막이 증착되지만, 증착 코팅으로는 이러한 효과를 얻을 수 없다.
(3) 코팅의 높은 품질은 증착된 필름에 양이온이 지속적으로 충돌하여 응축물이 스퍼터링되어 코팅층의 밀도가 향상되기 때문입니다.
(4) 금속 또는 비금속 재료에 다양한 코팅 재료 및 기판을 코팅할 수 있습니다.
(5)화학 기상 증착(CVD)과 비교하면 기판 온도가 일반적으로 500°C 미만으로 낮지만 접착 강도는 화학 기상 증착 필름과 완전히 동일합니다.
(6) 높은 증착 속도, 빠른 필름 형성, 수십 나노미터에서 마이크론에 이르는 필름 코팅 두께 가능.

이온 코팅의 단점은 다음과 같습니다. 필름 두께를 정밀하게 제어할 수 없고, 미세 코팅이 필요한 경우 결함 농도가 높으며, 코팅 과정에서 가스가 표면으로 침투하여 표면 특성을 변화시킵니다. 경우에 따라서는 공동이나 핵(1nm 미만)이 형성되기도 합니다.

증착 속도 측면에서 이온 코팅은 증발법과 유사합니다. 필름 품질 측면에서는 이온 코팅으로 제작된 필름이 스퍼터링으로 제작된 필름과 비슷하거나 더 우수합니다.