Główną cechą metody parowania próżniowego do osadzania filmów jest wysoka szybkość osadzania. Główną cechą metody rozpylania jest szeroki zakres dostępnych materiałów filmowych i dobra jednorodność warstwy filmu, ale szybkość osadzania jest niska. Powłoka jonowa to metoda łącząca te dwa procesy.
Zasada powlekania jonowego i warunki tworzenia filmu
Zasada działania powłoki jonowej jest pokazana na rys. Komora próżniowa jest pompowana do ciśnienia poniżej 10-4 Pa, a następnie wypełniana gazem obojętnym (np. argonem) do ciśnienia 0,1~1 Pa. Po przyłożeniu ujemnego napięcia stałego do 5 kV do podłoża, między podłożem a tyglem tworzy się strefa plazmy wyładowania jarzeniowego gazu o niskim ciśnieniu. Jony gazu obojętnego są przyspieszane przez pole elektryczne i bombardują powierzchnię podłoża, czyszcząc w ten sposób powierzchnię przedmiotu obrabianego. Po zakończeniu tego procesu czyszczenia rozpoczyna się proces powlekania od odparowania materiału do pokrycia w tyglu. Odparowane cząsteczki pary wchodzą do strefy plazmy i zderzają się z dysocjowanymi obojętnymi jonami dodatnimi i elektronami, a niektóre cząsteczki pary ulegają dysocjacji i bombardują przedmiot obrabiany i powierzchnię powłoki pod wpływem przyspieszenia pola elektrycznego. W procesie powlekania jonowego nie tylko następuje osadzanie, ale także rozpylanie jonów dodatnich na podłożu, więc cienka warstwa może powstać tylko wtedy, gdy efekt osadzania jest większy niż efekt rozpylania.
Proces powlekania jonowego, w którym podłoże jest stale bombardowane jonami o wysokiej energii, jest bardzo czysty i ma szereg zalet w porównaniu z natryskiwaniem i powlekaniem przez odparowywanie.
(1) Mocna przyczepność, warstwa powłoki nie łuszczy się łatwo.
(a) W procesie powlekania jonowego duża liczba cząstek o wysokiej energii generowanych przez wyładowanie jarzeniowe jest wykorzystywana do wytworzenia efektu rozpylania katodowego na powierzchni podłoża, rozpylając i czyszcząc gaz i olej zaadsorbowane na powierzchni podłoża w celu oczyszczenia powierzchni podłoża aż do zakończenia całego procesu powlekania.
(b) Na wczesnym etapie powlekania rozpylanie i osadzanie zachodzą równocześnie, co może spowodować powstanie warstwy przejściowej składników na styku podstawy folii lub mieszaniny materiału folii i materiału bazowego, zwanej „warstwą pseudodyfuzyjną”, która może skutecznie poprawić właściwości adhezyjne folii.
(2) Dobre właściwości owijania. Jednym z powodów jest to, że atomy materiału powłoki są jonizowane pod wysokim ciśnieniem i zderzają się z cząsteczkami gazu kilkakrotnie podczas procesu docierania do podłoża, tak że jony materiału powłoki mogą być rozproszone wokół podłoża. Ponadto zjonizowane atomy materiału powłoki są osadzane na powierzchni podłoża pod działaniem pola elektrycznego, więc całe podłoże jest osadzane cienką warstwą, ale powłoka parowania nie może osiągnąć tego efektu.
(3)Wysoka jakość powłoki wynika z rozpylania kondensatów, które powstaje w wyniku ciągłego bombardowania osadzonej warstwy jonami dodatnimi, co poprawia gęstość warstwy powłoki.
(4) Na materiałach metalicznych i niemetalicznych można stosować szeroką gamę materiałów powłokowych i podłoży.
(5) W porównaniu z chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (CVD) ma niższą temperaturę podłoża, zwykle poniżej 500°C, ale jego wytrzymałość na przyczepność jest w pełni porównywalna z powłokami otrzymywanymi metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej.
(6) Wysoka szybkość osadzania, szybkie tworzenie się powłok i możliwość nakładania powłok o grubości od kilkudziesięciu nanometrów do mikronów.
Wady powlekania jonowego to: grubość filmu nie może być precyzyjnie kontrolowana; koncentracja defektów jest wysoka, gdy wymagane jest cienkie powlekanie; a gazy będą wnikać w powierzchnię podczas powlekania, co zmieni właściwości powierzchni. W niektórych przypadkach tworzą się również wnęki i zarodki (mniejsze niż 1 nm).
Jeśli chodzi o szybkość osadzania, powłoka jonowa jest porównywalna z metodą parowania. Jeśli chodzi o jakość filmu, filmy wytwarzane metodą powłoki jonowej są zbliżone lub lepsze od tych przygotowywanych metodą rozpylania.
Czas publikacji: 08-11-2022