Hlavnou vlastnosťou metódy vákuového naparovania pri nanášaní filmov je vysoká rýchlosť nanášania. Hlavnou vlastnosťou metódy naprašovania je široká škála dostupných filmových materiálov a dobrá rovnomernosť vrstvy filmu, ale rýchlosť nanášania je nízka. Iónové nanášanie je metóda, ktorá tieto dva procesy kombinuje.
Princíp iónového povlaku a podmienky tvorby filmu
Princíp fungovania iónového pokovovania je znázornený na obr. Vákuová komora sa prečerpá na tlak pod 10-4 Pa a potom sa naplní inertným plynom (napr. argónom) na tlak 0,1 až 1 Pa. Po privedení záporného jednosmerného napätia do 5 kV na substrát sa medzi substrátom a téglikom vytvorí nízkotlaková plazmová zóna tlejúceho výboja. Ióny inertného plynu sú urýchľované elektrickým poľom a bombardujú povrch substrátu, čím čistia povrch obrobku. Po dokončení tohto procesu čistenia sa začína proces pokovovania odparovaním materiálu, ktorý sa má pokovovať, v tégliku. Odparené častice pary vstupujú do plazmovej zóny a zrážajú sa s disociovanými inertnými kladnými iónmi a elektrónmi, pričom niektoré častice pary sa disociujú a bombardujú obrobok a povrch pokovovania pod zrýchlením elektrického poľa. Pri procese iónového pokovovania dochádza nielen k nanášaniu, ale aj k naprašovaniu kladných iónov na substrát, takže tenký film sa môže vytvoriť iba vtedy, keď je účinok nanášania väčší ako účinok naprašovania.
Proces iónového nanášania, pri ktorom je substrát vždy bombardovaný vysokoenergetickými iónmi, je veľmi čistý a má v porovnaní s naprašovaním a odparovaním množstvo výhod.
(1) Silná priľnavosť, vrstva povlaku sa ľahko neodlupuje.
(a) V procese iónového nanášania sa veľké množstvo vysokoenergetických častíc generovaných tlejúcim výbojom používa na vytvorenie katódového naprašovacieho efektu na povrchu substrátu, pričom sa plyn a olej adsorbované na povrchu substrátu naprašujú a čistia, aby sa povrch substrátu vyčistil až do ukončenia celého procesu nanášania.
(b) V počiatočnej fáze nanášania povlaku dochádza k súčasnému naprašovaniu a nanášaniu, ktoré môžu tvoriť prechodovú vrstvu zložiek na rozhraní základnej fólie alebo zmes materiálu fólie a základného materiálu, nazývanú „pseudo-difúzna vrstva“, ktorá môže účinne zlepšiť priľnavosť fólie.
(2) Dobré obalové vlastnosti. Jedným z dôvodov je, že atómy povlakového materiálu sú ionizované pod vysokým tlakom a počas procesu dosiahnutia substrátu niekoľkokrát kolidujú s molekulami plynu, takže ióny povlakového materiálu sa môžu rozptýliť po celom substráte. Okrem toho sa ionizované atómy povlakového materiálu ukladajú na povrch substrátu pôsobením elektrického poľa, takže celý substrát je nanesený v tenkej vrstve, ale odparovacím náterom sa tento účinok nedosiahne.
(3) Vysoká kvalita povlaku je spôsobená naprašovaním kondenzátov spôsobeným neustálym bombardovaním naneseného filmu kladnými iónmi, čo zlepšuje hustotu povlakovej vrstvy.
(4) Na kovové alebo nekovové materiály je možné naniesť široký výber náterových materiálov a substrátov.
(5) V porovnaní s chemickým nanášaním z pár (CVD) má nižšiu teplotu substrátu, zvyčajne pod 500 °C, ale jeho adhézna pevnosť je plne porovnateľná s filmami z chemického nanášania z pár.
(6) Vysoká rýchlosť nanášania, rýchla tvorba filmu a možnosť nanášania vrstiev s hrúbkou od desiatok nanometrov do mikrónov.
Nevýhody iónového povlakovania sú: hrúbku filmu nemožno presne kontrolovať; koncentrácia defektov je vysoká, keď je potrebný jemný povlak; a počas povlakovania sa do povrchu dostávajú plyny, čo mení povrchové vlastnosti. V niektorých prípadoch sa tiež tvoria dutiny a jadrá (menej ako 1 nm).
Pokiaľ ide o rýchlosť nanášania, iónové nanášanie je porovnateľné s metódou odparovania. Pokiaľ ide o kvalitu filmu, filmy vyrobené iónovým nanášaním sú blízke alebo lepšie ako tie, ktoré boli pripravené naprašovaním.
Čas uverejnenia: 8. novembra 2022