В процессе нанесения покрытий методом испарения зарождение и рост пленочного слоя лежат в основе различных технологий ионного нанесения покрытий.
1. Нуклеация
Inтехнология нанесения покрытий методом вакуумного испаренияПосле испарения частиц пленочного слоя из источника испарения в виде атомов, они в условиях высокого вакуума перемещаются непосредственно к заготовке и образуют пленочный слой путем нуклеации и роста на поверхности заготовки. Во время вакуумного испарения энергия атомов пленочного слоя, покидающих источник испарения, составляет около 0,2 эВ. Когда когезия между частицами пленочного слоя превышает силу связи между атомами пленочного слоя и заготовкой, образуются островковые ядра. Отдельный атом пленочного слоя остается на поверхности заготовки в течение определенного времени, совершая нерегулярные движения, диффузию, миграцию или столкновения с другими атомами, образуя атомные кластеры. Когда число атомов в атомном кластере достигает определенного критического значения, образуется стабильное ядро, называемое ядром однородной формы.
Гладкая поверхность содержит множество дефектов и ступеней, что приводит к разнице в силе адсорбции радиоактивных атомов на разных участках заготовки. Энергия адсорбции на поверхности дефекта больше, чем на нормальной поверхности, поэтому она становится активным центром, что способствует преимущественному зарождению, называемому гетерогенным зарождением. Когда сила сцепления равна силе связывания, или сила связывания между атомами мембраны и заготовкой больше, чем сила сцепления между атомами мембраны, образуется слоистая структура. В технологии ионного напыления в большинстве случаев образуется островковое ядро.
2. Рост
После формирования ядра пленки она продолжает расти, захватывая падающие атомы. Островки растут и объединяются друг с другом, образуя более крупные полусферы, постепенно формируя полусферический островной слой, который распространяется по поверхности заготовки.
Когда атомная энергия пленочного слоя высока, она может достаточно диффундировать по поверхности, и при малом размере последующих поступающих атомных кластеров может образоваться гладкая сплошная пленка. Если диффузия атомов по поверхности слабая, а размер осажденных кластеров велик, они существуют в виде крупных полукруглых ядер. Верхняя часть ядра островка оказывает сильное затеняющее воздействие на вогнутую часть, то есть «эффект тени». Выступающая поверхность более благоприятна для захвата последующих осажденных атомов и преимущественного роста, что приводит к увеличению степени вогнутости на поверхности и образованию конических или столбчатых кристаллов достаточного размера. Между коническими кристаллами образуются проникающие пустоты, и значение шероховатости поверхности увеличивается. Тонкая структура может быть получена при высоком вакууме, при этом с уменьшением степени вакуума микроструктура мембраны становится все толще и толще.
Дата публикации: 24 мая 2023 г.