Glavna značilnost metode vakuumskega izhlapevanja za nanašanje filmov je visoka hitrost nanašanja. Glavna značilnost metode naprševanja je široka paleta razpoložljivih filmskih materialov in dobra enakomernost filmske plasti, vendar je hitrost nanašanja nizka. Ionsko nanašanje je metoda, ki združuje ta dva procesa.
Načelo ionskega premaza in pogoji za nastanek filma
Načelo delovanja ionskega nanašanja je prikazano na sliki. Vakuumska komora se prečrpa na tlak pod 10-4 Pa in nato napolni z inertnim plinom (npr. argonom) na tlak 0,1~1 Pa. Ko se na substrat dovede negativna enosmerna napetost do 5 kV, se med substratom in lončkom vzpostavi nizkotlačno območje plazemske razelektritve s plinom. Ioni inertnega plina se pospešijo z električnim poljem in bombardirajo površino substrata, s čimer očistijo površino obdelovanca. Po končanem postopku čiščenja se postopek nanašanja začne z uparjanjem materiala, ki ga je treba prevleči, v lončku. Uparjeni delci pare vstopijo v plazemsko območje in trčijo v disociirane inertne pozitivne ione in elektrone, nekateri delci pare pa se disociirajo in bombardirajo obdelovanec in površino prevleke pod pospeškom električnega polja. Pri postopku ionskega nanašanja ne pride le do nanašanja, temveč tudi do naprševanja pozitivnih ionov na substrat, zato se tanek film lahko tvori le, če je učinek nanašanja večji od učinka naprševanja.
Postopek ionskega nanašanja, pri katerem je substrat vedno bombardiran z visokoenergijskimi ioni, je zelo čist in ima številne prednosti v primerjavi z naprševanjem in izhlapevanjem.
(1) Močna oprijemljivost, premazna plast se ne lušči zlahka.
(a) Pri postopku ionskega nanašanja se veliko število visokoenergijskih delcev, ki nastanejo zaradi žarilne razelektritve, uporablja za ustvarjanje katodnega naprševanja na površini substrata, pri čemer se plin in olje, adsorbirano na površini substrata, naprši in očisti, da se površina substrata očisti, dokler ni celoten postopek nanašanja premaza končan.
(b) V zgodnji fazi nanašanja premaza sočasno obstajata naprševanje in nanašanje, ki lahko na vmesniku filmske podlage tvorita prehodno plast komponent ali mešanico filmskega materiala in osnovnega materiala, imenovano "psevdodifuzijska plast", ki lahko učinkovito izboljša oprijemljivost filma.
(2) Dobre lastnosti ovijanja. Eden od razlogov je, da se atomi premaznega materiala ionizirajo pod visokim tlakom in med doseganjem substrata večkrat trčijo v molekule plina, tako da se ioni premaznega materiala lahko razpršijo po substratu. Poleg tega se ionizirani atomi premaznega materiala pod vplivom električnega polja odlagajo na površino substrata, tako da se celoten substrat odloži s tanko plastjo, vendar izhlapevalni premaz tega učinka ne more doseči.
(3) Visoka kakovost prevleke je posledica naprševanja kondenzatov, ki ga povzroča nenehno bombardiranje nanesenega filma s pozitivnimi ioni, kar izboljša gostoto nanosa.
(4) Na kovinske ali nekovinske materiale je mogoče nanesti širok izbor premaznih materialov in substratov.
(5) V primerjavi s kemičnim nanašanjem iz pare (CVD) ima nižjo temperaturo substrata, običajno pod 500 °C, vendar je njegova oprijemna trdnost popolnoma primerljiva s filmi, pridobljenimi s kemičnim nanašanjem iz pare.
(6) Visoka hitrost nanašanja, hitro nastajanje filma in debelina prevleke od deset nanometrov do mikronov.
Slabosti ionskega nanašanja so: debeline filma ni mogoče natančno nadzorovati; koncentracija napak je visoka, ko je potreben fin nanos; in med nanašanjem v površino vstopajo plini, kar spremeni lastnosti površine. V nekaterih primerih nastanejo tudi votline in jedra (manjša od 1 nm).
Kar zadeva hitrost nanašanja, je ionsko nanašanje primerljivo z metodo izhlapevanja. Kar zadeva kakovost filma, so filmi, izdelani z ionskim nanašanjem, blizu ali boljši od tistih, pripravljenih z razprševanjem.
Čas objave: 8. november 2022