Главной особенностью метода вакуумного напыления для нанесения пленок является высокая скорость осаждения.Главной особенностью метода напыления является широкий спектр доступных пленочных материалов и хорошая однородность слоя пленки, но низкая скорость осаждения.Ионное покрытие представляет собой метод, объединяющий эти два процесса.
Принцип ионного покрытия и условия формирования пленки
Принцип работы ионного покрытия показан на рис.Вакуумную камеру откачивают до давления ниже 10-4 Па, а затем заполняют инертным газом (например, аргоном) до давления 0,1~1 Па. После подачи на подложку отрицательного постоянного напряжения до 5 кВ производят Между подложкой и тиглем устанавливается зона плазмы тлеющего разряда газа низкого давления.Ионы инертного газа ускоряются электрическим полем и бомбардируют поверхность подложки, очищая таким образом поверхность заготовки.После завершения этого процесса очистки начинается процесс нанесения покрытия с испарения покрываемого материала в тигле.Частицы испаряемого пара попадают в зону плазмы и сталкиваются с диссоциированными инертными положительными ионами и электронами, а часть паровых частиц диссоциирует и бомбардирует заготовку и поверхность покрытия под действием ускорения электрического поля.В процессе ионного покрытия происходит не только осаждение, но и распыление положительных ионов на подложку, поэтому тонкая пленка может быть сформирована только тогда, когда эффект осаждения превышает эффект распыления.
Процесс ионного покрытия, при котором подложка всегда бомбардируется высокоэнергетическими ионами, является очень чистым и имеет ряд преимуществ по сравнению с напылением и напылением.
(1) Сильная адгезия, слой покрытия не отслаивается легко.
(а) В процессе ионного покрытия большое количество высокоэнергетических частиц, генерируемых тлеющим разрядом, используется для создания эффекта катодного распыления на поверхности подложки, распыления и очистки газа и масла, адсорбированных на поверхности подложки. субстрат для очистки поверхности субстрата, пока весь процесс нанесения покрытия не будет завершен.
(b) На ранней стадии нанесения покрытия сосуществуют распыление и осаждение, которые могут образовывать переходный слой компонентов на границе раздела пленочной основы или смеси материала пленки и основного материала, называемый «псевдодиффузионным слоем», что может эффективно улучшить адгезию пленки.
(2) Хорошие свойства обертывания.Одна из причин заключается в том, что атомы материала покрытия ионизируются под высоким давлением и несколько раз сталкиваются с молекулами газа в процессе достижения подложки, так что ионы материала покрытия могут рассеиваться вокруг подложки.Кроме того, ионизированные атомы материала покрытия осаждаются на поверхности подложки под действием электрического поля, поэтому вся подложка осаждается тонкой пленкой, а напыление покрытия не может достичь этого эффекта.
(3) Высокое качество покрытия обусловлено распылением конденсатов, вызванным постоянной бомбардировкой осаждаемой пленки положительными ионами, что повышает плотность слоя покрытия.
(4) Широкий выбор материалов покрытия и подложек может быть нанесен на металлические или неметаллические материалы.
(5) По сравнению с химическим осаждением из паровой фазы (CVD) он имеет более низкую температуру подложки, обычно ниже 500°C, но его адгезионная прочность полностью сравнима с пленками для химического осаждения из паровой фазы.
(6) Высокая скорость осаждения, быстрое образование пленки и толщина покрытия пленки от десятков нанометров до микрон.
Недостатки ионного покрытия: невозможно точно контролировать толщину пленки;концентрация дефектов высока, когда требуется тонкое покрытие;и газы попадут на поверхность во время покрытия, что изменит свойства поверхности.В некоторых случаях также образуются полости и зародыши (менее 1 нм).
По скорости осаждения ионное покрытие сравнимо с методом испарения.Что касается качества пленки, то пленки, полученные методом ионного покрытия, близки к пленкам, полученным напылением, или превосходят их.
Время публикации: 08 ноября 2022 г.