Principala caracteristică a metodei de evaporare în vid pentru depunerea peliculelor este rata ridicată de depunere. Principala caracteristică a metodei de pulverizare catodică este gama largă de materiale de film disponibile și buna uniformitate a stratului de film, dar rata de depunere este scăzută. Acoperirea ionică este o metodă care combină aceste două procese.
Principiul acoperirii ionice și condițiile de formare a peliculei
Principiul de funcționare al acoperirii ionice este prezentat în imagine. Camera de vid este pompată la o presiune sub 10-4 Pa, apoi umplută cu gaz inert (de exemplu, argon) la o presiune de 0,1~1 Pa. După aplicarea unei tensiuni continue negative de până la 5 kV pe substrat, se stabilește o zonă de plasmă cu descărcare luminescentă în gaz de joasă presiune între substrat și creuzet. Ionii de gaz inert sunt accelerați de câmpul electric și bombardează suprafața substratului, curățând astfel suprafața piesei de prelucrat. După finalizarea acestui proces de curățare, procesul de acoperire începe cu vaporizarea materialului care urmează să fie acoperit în creuzet. Particulele de vapori vaporizate intră în zona de plasmă și se ciocnesc cu ionii pozitivi inerți disociați și electronii, iar o parte dintre particulele de vapori sunt disociate și bombardează piesa de prelucrat și suprafața de acoperire sub accelerarea câmpului electric. În procesul de placare ionică, nu are loc doar depunere, ci și pulverizare catodică a ionilor pozitivi pe substrat, astfel încât pelicula subțire se poate forma numai atunci când efectul de depunere este mai mare decât efectul de pulverizare catodică.
Procesul de acoperire ionică, în care substratul este întotdeauna bombardat cu ioni de înaltă energie, este foarte curat și are o serie de avantaje în comparație cu acoperirea prin pulverizare catodică și evaporare.
(1) Aderență puternică, stratul de acoperire nu se decojește ușor.
(a) În procesul de acoperire ionică, un număr mare de particule de înaltă energie generate de descărcarea luminescentă sunt utilizate pentru a produce un efect de pulverizare catodică pe suprafața substratului, pulverizând și curățând gazul și uleiul adsorbite pe suprafața substratului pentru a purifica suprafața substratului până la finalizarea întregului proces de acoperire.
(b) În stadiul incipient al acoperirii, pulverizarea și depunerea coexistă, putând forma un strat de tranziție de componente la interfața bazei peliculei sau un amestec de material al peliculei și materialul de bază, numit „strat de pseudodifuzie”, care poate îmbunătăți eficient performanța de aderență a peliculei.
(2) Proprietăți bune de înfășurare. Un motiv este acela că atomii materialului de acoperire sunt ionizați sub presiune ridicată și se ciocnesc cu moleculele de gaz de mai multe ori în timpul procesului de atingere a substratului, astfel încât ionii materialului de acoperire pot fi împrăștiați în jurul substratului. În plus, atomii materialului de acoperire ionizați se depun pe suprafața substratului sub acțiunea câmpului electric, astfel încât întregul substrat este depus cu o peliculă subțire, dar acoperirea prin evaporare nu poate obține acest efect.
(3) Calitatea ridicată a acoperirii se datorează pulverizării condensatelor cauzate de bombardamentul constant al peliculei depuse cu ioni pozitivi, ceea ce îmbunătățește densitatea stratului de acoperire.
(4) O gamă largă de materiale de acoperire și substraturi pot fi aplicate pe materiale metalice sau nemetalice.
(5) Comparativ cu depunerea chimică din vapori (CVD), aceasta are o temperatură a substratului mai scăzută, de obicei sub 500°C, dar rezistența sa la aderență este pe deplin comparabilă cu cea a peliculelor de depunere chimică din vapori.
(6) Rată mare de depunere, formare rapidă a peliculei și grosime de acoperire a peliculelor de la zeci de nanometri la microni.
Dezavantajele acoperirii cu ioni sunt: grosimea peliculei nu poate fi controlată cu precizie; concentrația defectelor este mare atunci când este necesară o acoperire fină; iar gazele vor pătrunde în suprafață în timpul acoperirii, ceea ce va modifica proprietățile suprafeței. În unele cazuri, se formează și cavități și nuclee (mai mici de 1 nm).
În ceea ce privește rata de depunere, acoperirea cu ioni este comparabilă cu metoda de evaporare. În ceea ce privește calitatea peliculei, peliculele produse prin acoperire cu ioni sunt apropiate sau mai bune decât cele preparate prin pulverizare.
Data publicării: 08 noiembrie 2022