La caratteristica principale del metodo di evaporazione sottovuoto per la deposizione di film è l'elevata velocità di deposizione.La caratteristica principale del metodo sputtering è l'ampia gamma di materiali film disponibili e la buona uniformità dello strato film, ma il tasso di deposizione è basso.Il rivestimento ionico è un metodo che combina questi due processi.
Principio del rivestimento ionico e condizioni di formazione del film
Il principio di funzionamento del rivestimento ionico è mostrato nella Fig.La camera a vuoto viene pompata a una pressione inferiore a 10-4 Pa, quindi riempita con gas inerte (ad esempio argon) a una pressione di 0,1~1 Pa. Dopo aver applicato al substrato una tensione continua negativa fino a 5 kV, viene tra il substrato e il crogiolo viene stabilita una zona di plasma con scarica a bagliore di gas a bassa pressione.Gli ioni di gas inerte vengono accelerati dal campo elettrico e bombardano la superficie del substrato, pulendo così la superficie del pezzo.Dopo che questo processo di pulizia è completato, il processo di rivestimento inizia con la vaporizzazione del materiale da rivestire nel crogiolo.Le particelle di vapore vaporizzate entrano nella zona del plasma e si scontrano con gli ioni e gli elettroni positivi inerti dissociati, e alcune delle particelle di vapore vengono dissociate e bombardano il pezzo in lavorazione e la superficie del rivestimento sotto l'accelerazione del campo elettrico.Nel processo di placcatura ionica, non c'è solo la deposizione ma anche lo sputtering di ioni positivi sul substrato, quindi il film sottile può essere formato solo quando l'effetto di deposizione è maggiore dell'effetto di sputtering.
Il processo di rivestimento ionico, in cui il substrato è sempre bombardato da ioni ad alta energia, è molto pulito e presenta una serie di vantaggi rispetto allo sputtering e al rivestimento per evaporazione.
(1) Forte adesione, lo strato di rivestimento non si stacca facilmente.
(a) Nel processo di rivestimento ionico, un gran numero di particelle ad alta energia generate dalla scarica a bagliore viene utilizzato per produrre un effetto di sputtering catodico sulla superficie del substrato, spruzzando e pulendo il gas e l'olio adsorbiti sulla superficie del substrato per purificare la superficie del substrato fino al completamento dell'intero processo di rivestimento.
(b) Nella fase iniziale del rivestimento, coesistono sputtering e deposizione, che possono formare uno strato di transizione di componenti all'interfaccia della base del film o una miscela del materiale del film e del materiale di base, chiamato "strato di pseudo-diffusione", che può effettivamente migliorare le prestazioni di adesione del film.
(2) Buone proprietà avvolgenti.Uno dei motivi è che gli atomi del materiale di rivestimento vengono ionizzati ad alta pressione e si scontrano più volte con le molecole di gas durante il processo di raggiungimento del substrato, in modo che gli ioni del materiale di rivestimento possano essere dispersi attorno al substrato.Inoltre, gli atomi del materiale di rivestimento ionizzato vengono depositati sulla superficie del substrato sotto l'azione del campo elettrico, quindi l'intero substrato viene depositato con un film sottile, ma il rivestimento per evaporazione non può ottenere questo effetto.
(3) L'elevata qualità del rivestimento è dovuta allo sputtering dei condensati causato dal costante bombardamento del film depositato con ioni positivi, che migliora la densità dello strato di rivestimento.
(4) È possibile rivestire un'ampia selezione di materiali e substrati di rivestimento su materiali metallici o non metallici.
(5)Rispetto alla deposizione chimica in fase di vapore (CVD), ha una temperatura del substrato inferiore, tipicamente inferiore a 500°C, ma la sua forza di adesione è del tutto paragonabile alle pellicole di deposizione chimica in fase di vapore.
(6) Alto tasso di deposizione, formazione rapida del film e spessore del rivestimento del film da decine di nanometri a micron.
Gli svantaggi del rivestimento ionico sono: lo spessore del film non può essere controllato con precisione;la concentrazione di difetti è elevata quando è richiesto un rivestimento fine;e i gas entreranno nella superficie durante il rivestimento, il che cambierà le proprietà della superficie.In alcuni casi si formano anche cavità e nuclei (meno di 1 nm).
Per quanto riguarda la velocità di deposizione, il rivestimento ionico è paragonabile al metodo di evaporazione.Per quanto riguarda la qualità del film, i film prodotti dal rivestimento ionico sono vicini o migliori di quelli preparati mediante sputtering.
Tempo di pubblicazione: Nov-08-2022