A principal característica do método de evaporação a vácuo para deposição de filmes é a alta taxa de deposição. A principal característica do método de pulverização catódica é a ampla gama de materiais disponíveis para filmes e a boa uniformidade da camada de filme, porém a taxa de deposição é baixa. A deposição iônica é um método que combina esses dois processos.
Princípio de revestimento iônico e condições de formação do filme
O princípio de funcionamento do revestimento iônico é mostrado na figura. A câmara de vácuo é evacuada até uma pressão inferior a 10⁻⁴ Pa e, em seguida, preenchida com gás inerte (por exemplo, argônio) até uma pressão de 0,1 a 1 Pa. Após a aplicação de uma tensão CC negativa de até 5 kV ao substrato, estabelece-se uma zona de plasma de descarga luminescente de baixa pressão entre o substrato e o cadinho. Os íons do gás inerte são acelerados pelo campo elétrico e bombardeiam a superfície do substrato, limpando-a. Após a conclusão desse processo de limpeza, inicia-se o processo de revestimento com a vaporização do material a ser revestido no cadinho. As partículas de vapor entram na zona de plasma e colidem com os íons positivos e elétrons dissociados do gás inerte. Algumas dessas partículas se dissociam e bombardeiam a peça e a superfície de revestimento sob a aceleração do campo elétrico. No processo de revestimento iônico, ocorre não apenas a deposição, mas também a pulverização catódica de íons positivos sobre o substrato; portanto, o filme fino só pode ser formado quando o efeito de deposição for maior que o efeito de pulverização catódica.
O processo de revestimento iônico, no qual o substrato é constantemente bombardeado com íons de alta energia, é muito limpo e apresenta diversas vantagens em comparação com os processos de revestimento por pulverização catódica e evaporação.
(1) Forte adesão, a camada de revestimento não se desprende facilmente.
(a)No processo de revestimento iônico, um grande número de partículas de alta energia geradas pela descarga luminescente são usadas para produzir um efeito de pulverização catódica na superfície do substrato, pulverizando e limpando o gás e o óleo adsorvidos na superfície do substrato para purificá-la até que todo o processo de revestimento seja concluído.
(b)No estágio inicial do revestimento, a pulverização catódica e a deposição coexistem, o que pode formar uma camada de transição de componentes na interface da base do filme ou uma mistura do material do filme e do material base, chamada de “camada de pseudodifusão”, que pode melhorar efetivamente o desempenho de adesão do filme.
(2) Boas propriedades de envolvimento. Uma das razões é que os átomos do material de revestimento são ionizados sob alta pressão e colidem com moléculas de gás várias vezes durante o processo de atingir o substrato, de modo que os íons do material de revestimento podem ser dispersos ao redor do substrato. Além disso, os átomos ionizados do material de revestimento são depositados na superfície do substrato sob a ação do campo elétrico, de modo que todo o substrato é depositado com um filme fino, mas o revestimento por evaporação não consegue atingir esse efeito.
(3)A alta qualidade do revestimento deve-se à pulverização de condensados causada pelo bombardeio constante do filme depositado com íons positivos, o que melhora a densidade da camada de revestimento.
(4)Uma ampla seleção de materiais de revestimento e substratos pode ser aplicada em materiais metálicos ou não metálicos.
(5)Comparado com a deposição química de vapor (CVD), apresenta uma temperatura de substrato mais baixa, tipicamente abaixo de 500°C, mas sua resistência de adesão é totalmente comparável à dos filmes de deposição química de vapor.
(6) Alta taxa de deposição, formação rápida de filme e espessura de revestimento de filmes de dezenas de nanômetros a micrômetros.
As desvantagens do revestimento iônico são: a espessura do filme não pode ser controlada com precisão; a concentração de defeitos é alta quando se exige um revestimento fino; e gases penetram na superfície durante o revestimento, o que altera suas propriedades. Em alguns casos, também se formam cavidades e núcleos (menores que 1 nm).
Em termos de taxa de deposição, o revestimento iônico é comparável ao método de evaporação. Quanto à qualidade do filme, os filmes produzidos por revestimento iônico são iguais ou superiores aos preparados por pulverização catódica.
Data da publicação: 08/11/2022