Film kaplama için kullanılan vakumlu buharlaştırma yönteminin temel özelliği yüksek kaplama hızıdır. Püskürtme yönteminin temel özelliği ise geniş bir yelpazede film malzemesi kullanılabilmesi ve film tabakasının iyi bir homojenliğe sahip olmasıdır, ancak kaplama hızı düşüktür. İyon kaplama ise bu iki işlemi birleştiren bir yöntemdir.
İyon kaplama prensibi ve film oluşum koşulları
İyon kaplamanın çalışma prensibi resimde gösterilmiştir. Vakum odası 10⁻⁴ Pa'nın altına kadar vakumlanır ve ardından 0,1~1 Pa basınca kadar inert gaz (örneğin argon) ile doldurulur. Substrata 5 kV'a kadar negatif bir DC voltaj uygulandıktan sonra, substrat ile pota arasında düşük basınçlı bir gaz parıltılı deşarj plazma bölgesi oluşturulur. İnert gaz iyonları elektrik alanı tarafından hızlandırılır ve substratın yüzeyine çarparak iş parçasının yüzeyini temizler. Bu temizleme işlemi tamamlandıktan sonra, kaplanacak malzemenin potada buharlaştırılmasıyla kaplama işlemi başlar. Buharlaştırılmış buhar parçacıkları plazma bölgesine girer ve ayrışmış inert pozitif iyonlar ve elektronlarla çarpışır ve buhar parçacıklarının bir kısmı ayrışarak elektrik alanının hızlandırması altında iş parçasına ve kaplama yüzeyine çarpar. İyon kaplama işleminde, alt tabaka üzerine sadece pozitif iyonların biriktirilmesi değil, aynı zamanda püskürtülmesi de gerçekleşir; bu nedenle ince film ancak biriktirme etkisi püskürtme etkisinden daha büyük olduğunda oluşturulabilir.
Yüzeyin sürekli olarak yüksek enerjili iyonlarla bombardıman edildiği iyon kaplama işlemi, püskürtme ve buharlaştırma kaplamaya kıyasla çok temizdir ve bir dizi avantaja sahiptir.
(1)Güçlü yapışma, kaplama tabakası kolayca soyulmaz.
(a) İyon kaplama işleminde, parıldayan deşarj tarafından üretilen çok sayıda yüksek enerjili parçacık, alt tabakanın yüzeyinde katodik püskürtme etkisi oluşturmak için kullanılır; bu sayede alt tabakanın yüzeyine yapışmış gaz ve yağ püskürtülerek temizlenir ve tüm kaplama işlemi tamamlanana kadar alt tabaka yüzeyi arındırılır.
(b) Kaplamanın erken aşamasında, püskürtme ve biriktirme birlikte gerçekleşir ve bu durum, film tabanının veya film malzemesi ile taban malzemesinin karışımının arayüzünde, "sözde difüzyon katmanı" adı verilen bir geçiş katmanı oluşturabilir ve filmin yapışma performansını etkili bir şekilde iyileştirebilir.
(2) İyi çevreleme özellikleri. Bunun bir nedeni, kaplama malzemesi atomlarının yüksek basınç altında iyonize olması ve alt tabakaya ulaşma sürecinde gaz molekülleriyle birkaç kez çarpışmasıdır; böylece kaplama malzemesi iyonları alt tabakanın etrafına dağılabilir. Ayrıca, iyonize kaplama malzemesi atomları elektrik alanın etkisi altında alt tabakanın yüzeyine çökelir, böylece tüm alt tabaka ince bir filmle kaplanır, ancak buharlaştırma kaplaması bu etkiyi sağlayamaz.
(3) Kaplamanın yüksek kalitesi, biriktirilen filmin pozitif iyonlarla sürekli bombardımanından kaynaklanan yoğunlaşmaların püskürtülmesinden kaynaklanmaktadır ve bu da kaplama tabakasının yoğunluğunu artırır.
(4) Metalik veya metalik olmayan malzemeler üzerine çok çeşitli kaplama malzemeleri ve alt tabakalar kaplanabilir.
(5)Kimyasal buhar biriktirme (CVD) ile karşılaştırıldığında, tipik olarak 500°C'nin altında daha düşük bir alt tabaka sıcaklığına sahiptir, ancak yapışma gücü kimyasal buhar biriktirme filmleriyle tamamen karşılaştırılabilir düzeydedir.
(6)Yüksek biriktirme hızı, hızlı film oluşumu ve filmlerin kaplama kalınlığının onlarca nanometreden mikrona kadar olabilmesi.
İyon kaplamanın dezavantajları şunlardır: filmin kalınlığı hassas bir şekilde kontrol edilemez; ince kaplama gerektiğinde kusurların yoğunluğu yüksektir; ve kaplama sırasında yüzeye gazlar girer ve bu da yüzey özelliklerini değiştirir. Bazı durumlarda, boşluklar ve çekirdekler (1 nm'den küçük) de oluşur.
Kaplama hızı açısından iyon kaplama, buharlaştırma yöntemiyle karşılaştırılabilir düzeydedir. Film kalitesi açısından ise iyon kaplama ile üretilen filmler, püskürtme yöntemiyle hazırlanan filmlere yakın veya onlardan daha iyidir.
Yayın tarihi: 08.11.2022