טכנולוגיית ציפוי יונים

המאפיין העיקרי של שיטת האידוי בוואקום להפקדת סרטים הוא קצב השקיעה הגבוה.המאפיין העיקרי של שיטת הקפיצה הוא המגוון הרחב של חומרי הסרט הזמינים והאחידות הטובה של שכבת הסרט, אך קצב השקיעה נמוך.ציפוי יונים היא שיטה המשלבת את שני התהליכים הללו.

עקרון ציפוי יונים ותנאי היווצרות הסרט
עקרון העבודה של ציפוי יונים מוצג בתמונה.תא הוואקום נשאב ללחץ מתחת ל-10-4 Pa, ולאחר מכן מלא בגז אינרטי (למשל ארגון) ללחץ של 0.1~1 Pa. לאחר הפעלת מתח DC שלילי של עד 5 קילו-וולט על המצע, א. אזור פלזמה של פריקת זוהר גז בלחץ נמוך נוצר בין המצע לבין כור ההיתוך.יוני הגזים האינרטיים מואצים על ידי השדה החשמלי ומפציצים את פני המצע, ובכך מנקים את פני השטח של חומר העבודה.לאחר סיום תהליך ניקוי זה, תהליך הציפוי מתחיל באידוי החומר המיועד לציפוי בכור ההיתוך.חלקיקי האדים המאודים נכנסים לאזור הפלזמה ומתנגשים ביונים ובאלקטרונים החיוביים האדישים המנותקים, וחלק מחלקיקי האדים מתנתקים ומפציצים את חומר העבודה ואת משטח הציפוי תחת האצה של השדה החשמלי.בתהליך ציפוי היונים, יש לא רק שקיעה אלא גם קיבוע של יונים חיוביים על המצע, כך שהסרט הדק יכול להיווצר רק כאשר אפקט השקיעה גדול יותר מאשר אפקט הקפיצה.

תהליך ציפוי היונים, בו המצע תמיד מופגז ביונים עתירי אנרגיה, הינו נקי מאוד ובעל מספר יתרונות בהשוואה לציפוי הקפיצה והאידוי.

(1) הדבקה חזקה, שכבת ציפוי אינה מתקלפת בקלות.
(א) בתהליך ציפוי יונים, מספר רב של חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה הנוצרים על ידי פריקת הזוהר משמשים לייצור אפקט קפיצה קתודי על פני המצע, קיטור וניקוי הגז והשמן הנספגים על פני השטח של המצע. מצע לטיהור משטח המצע עד להשלמת תהליך הציפוי כולו.
(ב) בשלב המוקדם של הציפוי, מתקיימים קימום ותצהיר, שיכולים ליצור שכבת מעבר של רכיבים בממשק של בסיס הסרט או תערובת של חומר הסרט וחומר הבסיס, המכונה "שכבת פסאודו-דיפוזיה". מה שיכול לשפר ביעילות את ביצועי ההדבקה של הסרט.
(2) תכונות עוטפות טובות.אחת הסיבות היא שאטומי חומר הציפוי מיוננים בלחץ גבוה ומתנגשים במולקולות גז מספר פעמים במהלך תהליך ההגעה למצע, כך שאפשר לפזר את יוני חומר הציפוי סביב המצע.בנוסף, אטומי חומר הציפוי המיוננים מופקדים על פני המצע תחת פעולת שדה חשמלי, כך שהמצע כולו מופקד עם סרט דק, אך ציפוי אידוי אינו יכול להשיג אפקט זה.
(3) האיכות הגבוהה של הציפוי נובעת מקרטוט של עיבוי הנגרם מהפצצה מתמדת של הסרט המופקד עם יונים חיוביים, מה שמשפר את צפיפות שכבת הציפוי.
(4) ניתן לצפות מבחר רחב של חומרי ציפוי ומצעים על חומרים מתכתיים או לא מתכתיים.
(5) בהשוואה לתצהיר אדים כימי (CVD), יש לו טמפרטורת מצע נמוכה יותר, בדרך כלל מתחת ל-500 מעלות צלזיוס, אך חוזק ההידבקות שלו דומה לחלוטין לסרטי שקיעת אדים כימיים.
(6) קצב שיקוע גבוה, היווצרות סרט מהיר, ויכול לצפות בעובי של סרטים מעשרות ננומטרים עד מיקרונים.

החסרונות של ציפוי יונים הם: לא ניתן לשלוט במדויק על עובי הסרט;ריכוז הפגמים גבוה כאשר נדרש ציפוי עדין;וגזים יכנסו למשטח במהלך הציפוי, מה שישנה את תכונות פני השטח.במקרים מסוימים נוצרים גם חללים וגרעינים (פחות מ-1 ננומטר).

באשר לקצב השקיעה, ציפוי יונים דומה לשיטת האידוי.באשר לאיכות הסרט, הסרטים המיוצרים על ידי ציפוי יונים קרובים או טובים יותר מאלה שהוכנו על ידי קיצוץ.