真空蒸着塗膜層の成長則

蒸着コーティング中の膜層の核生成と成長は、さまざまなイオンコーティング技術の基礎となります。

1.核形成

In真空蒸着コーティング技術膜層粒子が原子の形で蒸発源から蒸発した後、高真空中で直接ワークピースに飛来し、ワークピースの表面で核生成と成長によって膜層を形成します。真空蒸着中、蒸着源から逃げる膜層原子のエネルギーは約0.2eVです。フィルム層の粒子間の凝集力がフィルム層の原子とワークピース間の結合力よりも大きい場合、島核が形成されます。単一の膜層の原子は、不規則な移動、拡散、移動、または他の原子との衝突を行いながら一定時間ワークピースの表面に留まり、原子クラスターを形成します。原子クラスター内の原子の数は、一定の臨界値、つまり安定した値に達します。均一な形状の核と呼ばれる核が形成されます。

平滑で欠陥や段差が多いため、ワークの部位によって放射性原子に対する吸着力に差が生じます。欠陥表面の吸着エネルギーは通常の表面の吸着エネルギーよりも大きいため、欠陥表面が活性中心となり、不均一核生成と呼ばれる優先的な核生成が起こりやすくなります。凝集力と結合力が等しい場合、または膜原子と被加工物の結合力が膜原子間の凝集力よりも大きい場合、ラメラ構造が形成されます。イオンプレーティング技術では島状コアを形成する場合がほとんどです。

2.成長

膜のコアが形成されると、入射原子を捕捉して成長を続け、島が成長して互いに結合してより大きな半球を形成し、徐々にワーク表面に広がる半球状の島層を形成します。

膜層の原子エネルギーが高い場合、表面で十分に拡散することができ、後から入ってくる原子クラスターが小さい場合には滑らかな連続膜を形成することができます。表面での原子の拡散が弱く、原子のサイズが小さい場合堆積したクラスターは大きく、大きな半島状核として存在します。島コアの上部は、凹部に強い陰影効果、つまり「影効果」をもたらします。表面の突起は、後続の堆積原子の捕捉にさらに役立ちます。優先成長により、表面の凹みの程度が増大し、十分なサイズの円錐形または柱状の結晶が形成されます。円錐形の結晶の間に貫通した空隙が形成され、表面粗さの値が増加します。高真空では微細な組織が得られますが、真空度が低下するにつれて膜の微細構造はますます厚くなります。