Ionenbeschichtungstechnologie

Das Hauptmerkmal des Vakuumverdampfungsverfahrens zur Abscheidung von Filmen ist die hohe Abscheidungsrate.Das Hauptmerkmal des Sputterverfahrens ist die große Auswahl an verfügbaren Filmmaterialien und die gute Gleichmäßigkeit der Filmschicht, allerdings ist die Abscheidungsrate gering.Die Ionenbeschichtung ist eine Methode, die diese beiden Prozesse kombiniert.

Ionenbeschichtungsprinzip und Filmbildungsbedingungen
Das Funktionsprinzip der Ionenbeschichtung ist im Bild dargestellt.Die Vakuumkammer wird auf einen Druck unter 10–4 Pa gepumpt und dann mit Inertgas (z. B. Argon) auf einen Druck von 0,1–1 Pa gefüllt. Nachdem eine negative Gleichspannung von bis zu 5 kV an das Substrat angelegt wurde, a Zwischen dem Substrat und dem Tiegel entsteht eine Niederdruck-Gas-Glimmentladungs-Plasmazone.Die Edelgasionen werden durch das elektrische Feld beschleunigt und bombardieren die Oberfläche des Substrats, wodurch die Oberfläche des Werkstücks gereinigt wird.Nach Abschluss dieses Reinigungsprozesses beginnt der Beschichtungsprozess mit der Verdampfung des zu beschichtenden Materials im Tiegel.Die verdampften Dampfpartikel gelangen in die Plasmazone und kollidieren mit den dissoziierten inerten positiven Ionen und Elektronen. Einige der Dampfpartikel werden dissoziiert und bombardieren das Werkstück und die Beschichtungsoberfläche unter der Beschleunigung des elektrischen Feldes.Beim Ionenplattierungsprozess kommt es nicht nur zur Abscheidung, sondern auch zum Sputtern positiver Ionen auf dem Substrat, so dass der Dünnfilm nur dann gebildet werden kann, wenn der Ablagerungseffekt größer als der Sputtereffekt ist.

Das Ionenbeschichtungsverfahren, bei dem das Substrat stets mit hochenergetischen Ionen beschossen wird, ist sehr sauber und bietet im Vergleich zum Sputtern und Aufdampfen zahlreiche Vorteile.

(1) Starke Haftung, Beschichtungsschicht löst sich nicht leicht ab.
(a) Beim Ionenbeschichtungsprozess wird eine große Anzahl hochenergetischer Partikel, die durch die Glimmentladung erzeugt werden, verwendet, um einen kathodischen Sputtereffekt auf der Oberfläche des Substrats zu erzeugen und das auf der Oberfläche des Substrats adsorbierte Gas und Öl zu zerstäuben und zu reinigen Substrat, um die Substratoberfläche zu reinigen, bis der gesamte Beschichtungsprozess abgeschlossen ist.
(b) In der frühen Phase der Beschichtung koexistieren Sputtern und Abscheidung, was eine Übergangsschicht aus Komponenten an der Grenzfläche des Filmträgers oder eine Mischung aus Filmmaterial und Grundmaterial bilden kann, die als „Pseudodiffusionsschicht“ bezeichnet wird. Dadurch kann die Haftungsleistung des Films effektiv verbessert werden.
(2)Gute Wrap-Around-Eigenschaften.Ein Grund dafür ist, dass die Atome des Beschichtungsmaterials unter hohem Druck ionisiert werden und auf dem Weg zum Substrat mehrmals mit Gasmolekülen kollidieren, sodass die Ionen des Beschichtungsmaterials um das Substrat herum gestreut werden können.Darüber hinaus werden die ionisierten Beschichtungsmaterialatome unter der Wirkung eines elektrischen Feldes auf der Oberfläche des Substrats abgelagert, sodass das gesamte Substrat mit einem dünnen Film abgeschieden wird, dieser Effekt kann jedoch durch die Aufdampfbeschichtung nicht erreicht werden.
(3) Die hohe Qualität der Beschichtung ist auf das Sputtern von Kondensat zurückzuführen, das durch den ständigen Beschuss des abgeschiedenen Films mit positiven Ionen entsteht, was die Dichte der Beschichtungsschicht verbessert.
(4)Eine große Auswahl an Beschichtungsmaterialien und Substraten kann auf metallische oder nichtmetallische Materialien aufgetragen werden.
(5) Im Vergleich zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) weist es eine niedrigere Substrattemperatur auf, typischerweise unter 500 °C, aber seine Haftfestigkeit ist völlig vergleichbar mit der von chemischen Gasphasenabscheidungsfilmen.
(6) Hohe Abscheidungsrate, schnelle Filmbildung und eine Schichtdicke von mehreren zehn Nanometern bis zu Mikrometern.

Die Nachteile der Ionenbeschichtung sind: Die Dicke des Films kann nicht genau gesteuert werden;die Fehlerkonzentration ist hoch, wenn eine feine Beschichtung erforderlich ist;Beim Beschichten gelangen Gase in die Oberfläche, wodurch sich die Oberflächeneigenschaften verändern.Teilweise entstehen auch Hohlräume und Keime (kleiner als 1 nm).

Hinsichtlich der Abscheidungsrate ist die Ionenbeschichtung mit der Verdampfungsmethode vergleichbar.Was die Filmqualität anbelangt, sind die durch Ionenbeschichtung hergestellten Filme den durch Sputtern hergestellten Filmen nahe oder sogar besser.