Det viktigaste kännetecknet för vakuumindunstningsmetoden för deponering av filmer är den höga deponeringshastigheten. Det viktigaste kännetecknet för sputteringsmetoden är det breda utbudet av tillgängliga filmmaterial och filmskiktets goda enhetlighet, men deponeringshastigheten är låg. Jonbeläggning är en metod som kombinerar dessa två processer.
Principen för jonbeläggning och filmbildningsförhållanden
Jonbeläggningens funktionsprincip visas på bilden. Vakuumkammaren pumpas till ett tryck under 10⁻⁴ Pa och fylls sedan med inert gas (t.ex. argon) till ett tryck på 0,1–1 Pa. Efter att en negativ likspänning på upp till 5 kV applicerats på substratet, etableras en lågtryckszon med gasurladdningsplasma mellan substratet och degeln. De inerta jonerna accelereras av det elektriska fältet och bombarderar substratets yta, vilket rengör arbetsstyckets yta. Efter att denna rengöringsprocess är avslutad börjar beläggningsprocessen med förångning av materialet som ska beläggas i degeln. De förångade ångpartiklarna kommer in i plasmazonen och kolliderar med de dissocierade inerta positiva jonerna och elektronerna, och några av ångpartiklarna dissocieras och bombarderar arbetsstycket och beläggningsytan under acceleration av det elektriska fältet. I jonpläteringsprocessen sker inte bara avsättning utan även sputtering av positiva joner på substratet, så den tunna filmen kan endast bildas när avsättningseffekten är större än sputteringseffekten.
Jonbeläggningsprocessen, där substratet alltid bombarderas med högenergijoner, är mycket ren och har ett antal fördelar jämfört med sputtering och avdunstningsbeläggning.
(1) Stark vidhäftning, beläggningslagret lossnar inte lätt.
(a) I jonbeläggningsprocessen används ett stort antal högenergipartiklar som genereras av glimurladdningen för att producera en katodisk sputteringseffekt på substratets yta, vilket sputterar och rengör gasen och oljan som adsorberats på substratets yta för att rena substratytan tills hela beläggningsprocessen är avslutad.
(b) I det tidiga skedet av beläggningen samexisterar sputtering och avsättning, vilket kan bilda ett övergångsskikt av komponenter vid gränssnittet mellan filmbasen eller en blandning av filmmaterialet och basmaterialet, kallat "pseudodiffusionsskikt", vilket effektivt kan förbättra filmens vidhäftningsprestanda.
(2) Goda omslutningsegenskaper. En anledning är att beläggningsmaterialets atomer joniseras under högt tryck och kolliderar med gasmolekyler flera gånger under processen att nå substratet, så att beläggningsmaterialets joner kan spridas runt substratet. Dessutom avsätts de joniserade beläggningsmaterialets atomer på substratets yta under inverkan av ett elektriskt fält, så hela substratet avsätts med en tunn film, men avdunstningsbeläggning kan inte uppnå denna effekt.
(3) Beläggningens höga kvalitet beror på förstoftning av kondensat orsakad av det konstanta bombardemanget av den avsatta filmen med positiva joner, vilket förbättrar beläggningsskiktets densitet.
(4) Ett brett urval av beläggningsmaterial och substrat kan beläggas på metalliska eller icke-metalliska material.
(5) Jämfört med kemisk ångdeponering (CVD) har den en lägre substrattemperatur, vanligtvis under 500 °C, men dess vidhäftningsstyrka är helt jämförbar med kemisk ångdeponeringsfilmer.
(6) Hög avsättningshastighet, snabb filmbildning och filmtjocklek från tiotals nanometer till mikron.
Nackdelarna med jonbeläggning är: filmens tjocklek kan inte kontrolleras exakt; koncentrationen av defekter är hög när fin beläggning krävs; och gaser kommer in i ytan under beläggningen, vilket förändrar ytegenskaperna. I vissa fall bildas även hålrum och kärnor (mindre än 1 nm).
När det gäller avsättningshastighet är jonbeläggning jämförbar med indunstningsmetoden. När det gäller filmkvalitet är filmerna som produceras genom jonbeläggning nära eller bättre än de som framställts genom sputtering.
Publiceringstid: 8 november 2022