เทคโนโลยีการเคลือบด้วยไอออน

คุณสมบัติหลักของวิธีการระเหยแบบสุญญากาศสำหรับการเคลือบฟิล์มคืออัตราการสะสมที่สูงคุณสมบัติหลักของวิธีการสปัตเตอริงคือวัสดุฟิล์มที่มีอยู่หลากหลายและความสม่ำเสมอที่ดีของชั้นฟิล์ม แต่อัตราการสะสมต่ำการเคลือบด้วยไอออนเป็นวิธีการที่รวมสองกระบวนการนี้เข้าด้วยกัน

หลักการเคลือบด้วยไอออนและสภาวะการเกิดฟิล์ม
หลักการทำงานของการเคลือบด้วยไอออนแสดงไว้ในรูปภาพห้องสุญญากาศถูกปั๊มให้มีความดันต่ำกว่า 10-4 Pa จากนั้นเติมก๊าซเฉื่อย (เช่น อาร์กอน) ให้มีความดัน 0.1~1 Pa หลังจากใช้แรงดันไฟตรงเชิงลบสูงถึง 5 kV กับวัสดุพิมพ์แล้ว a โซนพลาสมาปล่อยก๊าซเรืองแสงความดันต่ำถูกสร้างขึ้นระหว่างสารตั้งต้นและถ้วยใส่ตัวอย่างไอออนของก๊าซเฉื่อยจะถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าและทิ้งระเบิดพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ ซึ่งเป็นการทำความสะอาดพื้นผิวของชิ้นงานหลังจากกระบวนการทำความสะอาดนี้เสร็จสิ้น กระบวนการเคลือบจะเริ่มต้นด้วยการกลายเป็นไอของวัสดุที่จะเคลือบในถ้วยใส่ตัวอย่างอนุภาคไอระเหยเข้าสู่โซนพลาสมาและชนกับไอออนบวกและอิเล็กตรอนเฉื่อยที่แยกตัวออกจากกัน และอนุภาคไอบางส่วนจะแยกตัวออกและระดมยิงชิ้นงานและพื้นผิวเคลือบภายใต้ความเร่งของสนามไฟฟ้าในกระบวนการชุบเคลือบด้วยไอออน ไม่เพียงแต่จะเกิดการสปัตเตอริงเท่านั้น แต่ยังมีการสปัตเตอร์ของไอออนบวกบนพื้นผิวด้วย ดังนั้นฟิล์มบางสามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อผลของการสะสมมีมากกว่าผลการสปัตเตอริง

กระบวนการเคลือบด้วยไอออนซึ่งสารตั้งต้นมักถูกกระหน่ำด้วยไอออนพลังงานสูงนั้นสะอาดมากและมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับการเคลือบแบบสปัตเตอริงและการระเหย

(1) การยึดเกาะที่แข็งแรง ชั้นเคลือบไม่หลุดลอกง่าย
(ก) ในกระบวนการเคลือบด้วยไอออน อนุภาคพลังงานสูงจำนวนมากที่เกิดจากการปลดปล่อยสารเรืองแสงถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเอฟเฟกต์การสปัตเตอร์แบบแคโทดิกบนพื้นผิวของสารตั้งต้น การสปัตเตอร์และการทำความสะอาดก๊าซและน้ำมันที่ดูดซับบนพื้นผิวของ พื้นผิวเพื่อชำระพื้นผิวพื้นผิวจนกว่าจะเสร็จสิ้นกระบวนการเคลือบทั้งหมด
(ข) ในระยะแรกของการเคลือบ การสปัตเตอริงและการสะสมตัวจะอยู่ร่วมกัน ซึ่งอาจก่อตัวเป็นชั้นทรานซิชันของส่วนประกอบที่ส่วนต่อประสานของฐานฟิล์ม หรือส่วนผสมของวัสดุฟิล์มกับวัสดุฐาน เรียกว่า "ชั้นการแพร่กระจายเทียม" ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะของฟิล์มได้อย่างมีประสิทธิภาพ
(2) คุณสมบัติการห่อหุ้มที่ดีเหตุผลประการหนึ่งคืออะตอมของวัสดุเคลือบถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออนภายใต้ความดันสูงและชนกับโมเลกุลของก๊าซหลายครั้งในระหว่างกระบวนการไปถึงพื้นผิว เพื่อให้ไอออนของวัสดุเคลือบสามารถกระจายไปทั่วพื้นผิวได้นอกจากนี้ อะตอมของวัสดุเคลือบที่แตกตัวเป็นไอออนจะสะสมอยู่บนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ดังนั้นวัสดุพิมพ์ทั้งหมดจึงถูกเคลือบด้วยฟิล์มบางๆ แต่การเคลือบด้วยการระเหยไม่สามารถบรรลุผลดังกล่าวได้
(3) การเคลือบที่มีคุณภาพสูงเกิดจากการพ่นไอน้ำควบแน่นซึ่งเกิดจากการระดมยิงฟิล์มที่สะสมอย่างต่อเนื่องด้วยไอออนบวก ซึ่งช่วยเพิ่มความหนาแน่นของชั้นเคลือบ
(4) วัสดุเคลือบผิวและพื้นผิวที่มีให้เลือกมากมายสามารถเคลือบบนวัสดุโลหะหรืออโลหะ
(5) เมื่อเปรียบเทียบกับการทับถมของไอสารเคมี (CVD) ฟิล์มจะมีอุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่า โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 500°C แต่ความแข็งแรงในการยึดเกาะนั้นเทียบได้กับฟิล์มเคลือบไอสารเคมี
(6) มีอัตราการเกาะตัวสูง เกิดฟิล์มเร็ว และสามารถเคลือบฟิล์มได้หนาตั้งแต่ 10 นาโนเมตรถึงไมครอน

ข้อเสียของการเคลือบด้วยไอออนคือ: ไม่สามารถควบคุมความหนาของฟิล์มได้อย่างแม่นยำความเข้มข้นของข้อบกพร่องสูงเมื่อต้องการการเคลือบแบบละเอียดและก๊าซจะเข้าสู่พื้นผิวในระหว่างการเคลือบซึ่งจะทำให้คุณสมบัติของพื้นผิวเปลี่ยนไปในบางกรณี โพรงและนิวเคลียส (น้อยกว่า 1 นาโนเมตร) ก็ก่อตัวขึ้นด้วย

สำหรับอัตราการสะสม การเคลือบด้วยไอออนจะเทียบได้กับวิธีการระเหยสำหรับคุณภาพของฟิล์มนั้น ฟิล์มที่เกิดจากการเคลือบด้วยไอออนจะใกล้เคียงหรือดีกว่าฟิล์มที่เตรียมโดยการสปัตเตอริง