Главной особенностью метода вакуумного испарения для осаждения пленок является высокая скорость осаждения. Главной особенностью метода распыления является широкий спектр доступных пленочных материалов и хорошая однородность слоя пленки, но скорость осаждения низкая. Ионное покрытие является методом, который объединяет эти два процесса.
Принцип ионного покрытия и условия формирования пленки
Принцип работы ионного покрытия показан на рис. Вакуумная камера откачивается до давления ниже 10-4 Па, а затем заполняется инертным газом (например, аргоном) до давления 0,1~1 Па. После подачи на подложку отрицательного постоянного напряжения до 5 кВ между подложкой и тиглем устанавливается плазменная зона тлеющего разряда газа низкого давления. Ионы инертного газа ускоряются электрическим полем и бомбардируют поверхность подложки, тем самым очищая поверхность заготовки. После завершения этого процесса очистки начинается процесс нанесения покрытия с испарения покрываемого материала в тигле. Испаренные частицы пара попадают в плазменную зону и сталкиваются с диссоциированными инертными положительными ионами и электронами, а часть частиц пара диссоциирует и бомбардирует заготовку и поверхность покрытия под ускорением электрического поля. В процессе ионного осаждения происходит не только осаждение, но и распыление положительных ионов на подложке, поэтому тонкая пленка может быть сформирована только тогда, когда эффект осаждения больше эффекта распыления.
Процесс ионного покрытия, при котором подложка всегда бомбардируется ионами высокой энергии, является очень чистым и имеет ряд преимуществ по сравнению с нанесением покрытий распылением и испарением.
(1) Прочная адгезия, слой покрытия не отслаивается легко.
(а) В процессе ионного покрытия большое количество высокоэнергетических частиц, генерируемых тлеющим разрядом, используется для создания эффекта катодного распыления на поверхности подложки, распыляя и очищая газ и масло, адсорбированные на поверхности подложки, чтобы очистить поверхность подложки до тех пор, пока весь процесс нанесения покрытия не будет завершен.
(б) На ранней стадии нанесения покрытия напыление и осаждение сосуществуют, что может образовывать переходный слой компонентов на границе раздела основы пленки или смесь материала пленки и материала основы, называемую «псевдодиффузионным слоем», что может эффективно улучшить адгезионные характеристики пленки.
(2)Хорошие свойства обертывания. Одна из причин заключается в том, что атомы материала покрытия ионизируются под высоким давлением и сталкиваются с молекулами газа несколько раз в процессе достижения подложки, так что ионы материала покрытия могут рассеиваться по подложке. Кроме того, ионизированные атомы материала покрытия осаждаются на поверхности подложки под действием электрического поля, поэтому вся подложка осаждается тонкой пленкой, но напыление покрытия не может достичь этого эффекта.
(3) Высокое качество покрытия обусловлено распылением конденсатов, вызванным постоянной бомбардировкой нанесенной пленки положительными ионами, что повышает плотность слоя покрытия.
(4)На металлические и неметаллические материалы можно наносить широкий выбор материалов покрытий и подложек.
(5) По сравнению с химическим осаждением из паровой фазы (CVD) он имеет более низкую температуру подложки, обычно ниже 500°C, но его прочность адгезии полностью сопоставима с пленками, полученными химическим осаждением из паровой фазы.
(6) Высокая скорость осаждения, быстрое формирование пленки и возможность нанесения покрытий толщиной от десятков нанометров до микрометров.
Недостатки ионного покрытия: невозможно точно контролировать толщину пленки; высокая концентрация дефектов, когда требуется тонкое покрытие; во время нанесения покрытия на поверхность будут попадать газы, что изменит свойства поверхности. В некоторых случаях также образуются полости и зародыши (менее 1 нм).
По скорости осаждения ионное покрытие сопоставимо с методом испарения. По качеству пленки, полученные ионным покрытием, близки или превосходят пленки, полученные распылением.
Время публикации: 08.11.2022