Головною особливістю методу вакуумного випаровування для нанесення плівок є висока швидкість осадження. Головною особливістю методу розпилення є широкий спектр доступних плівкових матеріалів та хороша однорідність шару плівки, але швидкість осадження низька. Іонне покриття - це метод, який поєднує ці два процеси.
Принцип іонного покриття та умови формування плівки
Принцип роботи іонного покриття показано на рис. Вакуумна камера накачується до тиску нижче 10-4 Па, а потім заповнюється інертним газом (наприклад, аргоном) до тиску 0,1~1 Па. Після подачі на підкладку негативної постійної напруги до 5 кВ між підкладкою та тиглем утворюється зона плазми тліючого розряду низького тиску. Іони інертного газу прискорюються електричним полем і бомбардують поверхню підкладки, очищуючи поверхню заготовки. Після завершення цього процесу очищення починається процес нанесення покриття з випаровування матеріалу, що покривається, у тиглі. Частинки випарованої пари потрапляють у плазмову зону та стикаються з дисоційованими інертними позитивними іонами та електронами, а деякі частинки пари дисоціюються та бомбардують заготовку та поверхню покриття під прискоренням електричного поля. У процесі іонного покриття відбувається не тільки осадження, але й розпилення позитивних іонів на підкладці, тому тонка плівка може бути утворена лише тоді, коли ефект осадження перевищує ефект розпилення.
Процес іонного покриття, в якому підкладка завжди бомбардується іонами високої енергії, є дуже чистим і має ряд переваг порівняно з напиленням та випаровуванням.
(1) Міцна адгезія, шар покриття не легко відшаровується.
(a) У процесі іонного покриття велика кількість високоенергетичних частинок, що генеруються тліючим розрядом, використовується для створення ефекту катодного розпилення на поверхні підкладки, розпилення та очищення газу та олії, адсорбованих на поверхні підкладки, для очищення поверхні підкладки до завершення всього процесу покриття.
(b) На ранній стадії нанесення покриття розпилення та осадження співіснують, що може утворювати перехідний шар компонентів на межі розділу плівкової основи або суміш плівкового матеріалу та основного матеріалу, що називається «псевдодифузійним шаром», що може ефективно покращити адгезійні властивості плівки.
(2) Гарні властивості обгортання. Однією з причин є те, що атоми матеріалу покриття іонізуються під високим тиском і кілька разів стикаються з молекулами газу під час досягнення підкладки, так що іони матеріалу покриття можуть розсіюватися по підкладці. Крім того, іонізовані атоми матеріалу покриття осідають на поверхні підкладки під дією електричного поля, тому вся підкладка осідає тонкою плівкою, але випаровування покриття не може досягти цього ефекту.
(3) Висока якість покриття зумовлена розпиленням конденсатів, спричиненим постійним бомбардуванням нанесеної плівки позитивними іонами, що покращує щільність шару покриття.
(4) Широкий вибір покривних матеріалів та підкладок можна наносити на металеві або неметалеві матеріали.
(5) Порівняно з хімічним осадженням з парової фази (CVD), воно має нижчу температуру підкладки, зазвичай нижче 500°C, але його адгезійна міцність повністю порівнянна з плівками хімічного осадження з парової фази.
(6) Висока швидкість осадження, швидке формування плівки та можливість покриття товщиною плівок від десятків нанометрів до мікронів.
Недоліки іонного покриття полягають у тому, що товщину плівки неможливо точно контролювати; концентрація дефектів висока, коли потрібне тонке покриття; а також гази потраплятимуть на поверхню під час покриття, що змінюватиме властивості поверхні. У деяких випадках також утворюються порожнини та зародки (менше 1 нм).
Що стосується швидкості осадження, іонне покриття можна порівняти з методом випаровування. Що стосується якості плівки, то плівки, отримані методом іонного покриття, близькі або кращі за ті, що отримані методом розпилення.
Час публікації: 08 листопада 2022 р.