Công nghệ phủ ion

Đặc điểm chính của phương pháp bốc hơi chân không để lắng đọng màng là tỷ lệ lắng đọng cao. Đặc điểm chính của phương pháp phun là phạm vi rộng các vật liệu màng có sẵn và độ đồng đều tốt của lớp màng, nhưng tỷ lệ lắng đọng thấp. Phủ ion là phương pháp kết hợp hai quy trình này.

Nguyên lý phủ ion và điều kiện hình thành màng
Nguyên lý hoạt động của lớp phủ ion được thể hiện trong Pic. Buồng chân không được bơm đến áp suất dưới 10-4 Pa, sau đó được nạp khí trơ (ví dụ argon) đến áp suất 0,1~1 Pa. Sau khi điện áp DC âm lên đến 5 kV được áp dụng cho chất nền, một vùng plasma phát sáng khí áp suất thấp được thiết lập giữa chất nền và nồi nấu. Các ion khí trơ được tăng tốc bởi trường điện và bắn phá bề mặt của chất nền, do đó làm sạch bề mặt của phôi. Sau khi quá trình làm sạch này hoàn tất, quá trình phủ bắt đầu bằng quá trình bay hơi của vật liệu được phủ trong nồi nấu. Các hạt hơi bay hơi đi vào vùng plasma và va chạm với các ion dương trơ ​​và electron bị phân ly, và một số hạt hơi bị phân ly và bắn phá phôi và bề mặt lớp phủ dưới sự gia tốc của trường điện. Trong quá trình mạ ion, không chỉ có quá trình lắng đọng mà còn có quá trình bắn phá các ion dương trên bề mặt đế, do đó màng mỏng chỉ có thể hình thành khi hiệu ứng lắng đọng lớn hơn hiệu ứng bắn phá.

Quá trình phủ ion, trong đó chất nền luôn được bắn phá bằng các ion năng lượng cao, rất sạch và có một số ưu điểm so với phương pháp phủ phun và phủ bay hơi.

(1) Độ bám dính mạnh, lớp phủ không dễ bị bong tróc.
(a)Trong quá trình phủ ion, một số lượng lớn các hạt năng lượng cao được tạo ra bởi quá trình phóng điện phát sáng được sử dụng để tạo ra hiệu ứng phun catốt trên bề mặt của chất nền, phun và làm sạch khí và dầu hấp phụ trên bề mặt của chất nền để làm sạch bề mặt chất nền cho đến khi toàn bộ quá trình phủ hoàn tất.
(b)Ở giai đoạn đầu của quá trình phủ, quá trình phun phủ và lắng đọng cùng tồn tại, có thể tạo thành lớp chuyển tiếp các thành phần tại giao diện của lớp nền màng hoặc hỗn hợp giữa vật liệu màng và vật liệu nền, gọi là “lớp khuếch tán giả”, có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất bám dính của màng.
(2)Tính chất bao bọc tốt. Một lý do là các nguyên tử vật liệu phủ được ion hóa dưới áp suất cao và va chạm với các phân tử khí nhiều lần trong quá trình tiếp cận chất nền, do đó các ion vật liệu phủ có thể bị phân tán xung quanh chất nền. Ngoài ra, các nguyên tử vật liệu phủ bị ion hóa được lắng đọng trên bề mặt chất nền dưới tác động của trường điện, do đó toàn bộ chất nền được lắng đọng bằng một lớp màng mỏng, nhưng lớp phủ bay hơi không thể đạt được hiệu ứng này.
(3) Chất lượng cao của lớp phủ là do sự phun trào ngưng tụ gây ra bởi sự bắn phá liên tục của các ion dương vào lớp màng lắng đọng, giúp cải thiện mật độ của lớp phủ.
(4) Có thể phủ nhiều loại vật liệu phủ và chất nền khác nhau lên vật liệu kim loại hoặc phi kim loại.
(5)So với lắng đọng hơi hóa học (CVD), nó có nhiệt độ nền thấp hơn, thường dưới 500°C, nhưng cường độ bám dính của nó hoàn toàn tương đương với màng lắng đọng hơi hóa học.
(6)Tốc độ lắng đọng cao, hình thành màng nhanh và có thể phủ màng có độ dày từ hàng chục nanomet đến micron.

Nhược điểm của lớp phủ ion là: độ dày của lớp phủ không thể được kiểm soát chính xác; nồng độ khuyết tật cao khi cần lớp phủ mịn; và khí sẽ xâm nhập vào bề mặt trong quá trình phủ, làm thay đổi các đặc tính bề mặt. Trong một số trường hợp, các lỗ rỗng và hạt nhân (nhỏ hơn 1 nm) cũng được hình thành.

Về tốc độ lắng đọng, phương pháp phủ ion tương đương với phương pháp bốc hơi. Về chất lượng màng, màng được tạo ra bằng phương pháp phủ ion gần bằng hoặc tốt hơn so với màng được tạo ra bằng phương pháp phun.