เทคโนโลยีการตกตะกอนโดยใช้ลำแสงไอออนช่วย

เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยลำแสงไอออนช่วย (Ion beam assisted deposition technology) คือเทคโนโลยีการฉีดลำแสงไอออนและการเคลือบด้วยการระเหย ร่วมกับเทคโนโลยีการประมวลผลพื้นผิวด้วยไอออน ในกระบวนการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของวัสดุที่ฉีดไอออน ไม่ว่าจะเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์หรือวัสดุทางวิศวกรรม มักต้องการให้ความหนาของชั้นที่ปรับเปลี่ยนนั้นมากกว่าการฝังไอออนมาก แต่ก็ยังต้องการรักษาข้อดีของกระบวนการฉีดไอออนไว้ เช่น รอยต่อที่คมชัดระหว่างชั้นที่ปรับเปลี่ยนกับพื้นผิว สามารถประมวลผลชิ้นงานได้ที่อุณหภูมิห้อง เป็นต้น ดังนั้น การรวมการฝังไอออนเข้ากับเทคโนโลยีการเคลือบ จึงทำให้มีการฉีดไอออนที่มีพลังงานระดับหนึ่งเข้าไปในรอยต่อระหว่างฟิล์มกับพื้นผิวอย่างต่อเนื่องในขณะที่ทำการเคลือบ และอะตอมที่รอยต่อจะผสมกันด้วยความช่วยเหลือของการชนแบบต่อเนื่อง ก่อให้เกิดโซนการเปลี่ยนผ่านการผสมอะตอมใกล้กับรอยต่อเริ่มต้น เพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะระหว่างฟิล์มกับพื้นผิว จากนั้น บนโซนการผสมอะตอม ฟิล์มที่มีความหนาและคุณสมบัติที่ต้องการจะเติบโตอย่างต่อเนื่องโดยมีส่วนร่วมของลำแสงไอออน

กระบวนการนี้เรียกว่าการเคลือบด้วยลำแสงไอออน (Ion Beam Assisted Deposition หรือ IBED) ซึ่งคงคุณลักษณะของกระบวนการฝังไอออนไว้ ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้สามารถเคลือบพื้นผิวด้วยวัสดุฟิล์มบางๆ ที่แตกต่างจากพื้นผิวเดิมได้อย่างสิ้นเชิง

การตกตะกอนโดยใช้ลำแสงไอออนช่วยมีข้อดีดังต่อไปนี้

(1) เนื่องจากการเคลือบด้วยลำแสงไอออนช่วยสร้างพลาสมาโดยไม่มีการปล่อยก๊าซ จึงสามารถทำการเคลือบได้ที่ความดัน <10-2 Pa ซึ่งช่วยลดการปนเปื้อนของก๊าซ

(2) พารามิเตอร์กระบวนการพื้นฐาน (พลังงานไอออน ความหนาแน่นไอออน) เป็นไฟฟ้า โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องควบคุมการไหลของก๊าซและพารามิเตอร์ที่ไม่ใช่ไฟฟ้าอื่นๆ สามารถควบคุมการเติบโตของชั้นฟิล์ม ปรับองค์ประกอบและโครงสร้างของฟิล์มได้อย่างง่ายดาย และมั่นใจได้ถึงความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการ

(3) พื้นผิวของชิ้นงานสามารถเคลือบด้วยฟิล์มที่แตกต่างจากพื้นผิวของวัสดุรองรับได้อย่างสมบูรณ์ และความหนาไม่จำกัดด้วยพลังงานของไอออนที่พุ่งชนที่อุณหภูมิต่ำ (<200℃) เหมาะสำหรับการบำบัดพื้นผิวของฟิล์มฟังก์ชันที่เจือปน แม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำที่ขึ้นรูปเย็น และเหล็กโครงสร้างอบชุบที่อุณหภูมิต่ำ

(4) เป็นกระบวนการที่ไม่สมดุลซึ่งควบคุมที่อุณหภูมิห้อง ฟิล์มฟังก์ชันใหม่ เช่น เฟสอุณหภูมิสูง เฟสย่อยเสถียร โลหะผสมอสัณฐาน ฯลฯ สามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิห้อง

ข้อเสียของการเคลือบโดยใช้ลำแสงไอออนมีดังนี้

(1) เนื่องจากลำแสงไอออนมีลักษณะการแผ่รังสีโดยตรง จึงยากที่จะจัดการกับรูปทรงพื้นผิวที่ซับซ้อนของชิ้นงาน

(2) เป็นเรื่องยากที่จะจัดการกับชิ้นงานขนาดใหญ่และพื้นที่ขนาดใหญ่เนื่องจากข้อจำกัดของขนาดลำแสงไอออน

(3) อัตราการตกตะกอนโดยใช้ลำแสงไอออนช่วยโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 1 นาโนเมตร/วินาที ซึ่งเหมาะสมสำหรับการเตรียมชั้นฟิล์มบาง และไม่เหมาะสำหรับการชุบผลิตภัณฑ์จำนวนมาก

–บทความนี้เผยแพร่โดยผู้ผลิตเครื่องเคลือบสุญญากาศกว่างตงเจิ้นหัว