De twee reuzen van de dunne-filmwereld: Een analyse van de kernverschillen tussen magne tron sputtering en ion plating

De essentie van magnetronsputtering is het "samenwerkende effect van ionbombardement met hoge energie + beperking van het magnetisch veld".inert argongas wordt ingevoerd in de vacuümkamer, en plasma wordt gevormd door middel van een elektrische veldopwinding; argonionen worden vervolgens versneld door het elektrische veld en bombarderen het oppervlak van het doelmateriaal,"sputtering" de doelmateriaal atomen wegHet belangrijkste punt is dat het magnetisch veld achter het doel elektronen in de buurt van het doeloppervlak bindt om een spiraalbeweging uit te voeren.aanzienlijk verbeteren van de ionisatie-efficiëntie van argongas, waardoor uiteindelijk de gespuurde doelmateriaalatomen gelijkmatig op het substraatoppervlak kunnen worden afgezet om een film te vormen.Dit ontwerp "elektrisch veld versnelling + magnetisch veld beperking" lost de pijnpunten van langzame productie snelheid en hoge substraat temperatuur in de traditionele sputtering, wordt de kerntechnologie voor industriële massaproductie.

Ionplating is een samengesteld proces van "verdamping / sputtering + ionisatie + elektrisch veldversnelling", bekend als de "combinatie van vacuümverdamping en sputtering".eerstHet doelmateriaal vormt gasdeeltjes door verdamping of sputtering, deze deeltjes worden vervolgens geïoniseerd door gloeiende ontlading tot hoogenergetische ionen; vervolgens wordenonder invloed van een sterk elektrisch veld, worden deze ionen versneld naar het substraat, waardoor niet alleen de onzuiverheden op het substraatoppervlak worden gereinigd, maar ook een sterke binding met het substraat met hoge kinetische energie wordt gevormd.Deze ionisatie afzetting methode maakt een sprong in de bandsterkte tussen de filmlaag en het substraat.

De adhesie is de belangrijkste indicator voor het meten van de duurzaamheid van de filmlaag.3-10N/cm, terwijl ionplating kan bereiken5-15N/cmBijvoorbeeld bij de test van de afzetting van aluminiumfolie op glassubstraten, bereikt de hechting van de ionenbeplating12N/cm, wat meer is dan5 keerHet gebruik van de ionen in het substraat is een groot voordeel van de traditionele verdamping. Ook na herhaalde wrijving valt het niet gemakkelijk af.1-5 nmeen gemengde overgangslaag, waardoor een "binding op atoomniveau" tussen de filmlaag en het substraat wordt bereikt.

De afzetsnelheid van magnetronsputtering heeft een directe invloed op de productie-efficiëntie.10-100 nm/min, en dat van samengestelde films is5-30 nm/minDe snelheid van het ionoplaten is over het algemeen trager, maar alleen in de5-50 nm/minBijvoorbeeld in het geval van ITO-folie die wordt gebruikt in beeldschermen, kan magnetronsputtering een200 nmeen dikke coating in1 uur, terwijl ionplating vereist2-3 uurDit komt omdat het ionisatieproces een deel van de energie verbruikt, wat resulteert in een vermindering van het aantal effectief afgezette deeltjes.

In grootschalige coatingscenario's is het uniformiteitsvoordeel van magnetronsputtering bijzonder duidelijk.Magnetronsputtering kan de filmdikte-afwijking van grootschalig substrat binnen± 1% tot 5%, terwijl de uniformiteit van de ionenbewerking meestal± 3%-7%Uit de productiegegevens van een fabrikant van beeldschermen blijkt dat voor de lijn van de zesde generatie met een glazen substraat (1500 mm * 1800 mm), wordt de ITO-folie afgezet door magnetronsputtering, met een dikte-uniformiteit van± 1%. De opbrengst van de continue productie van500 stuksis zo hoog als97%, ver boven de85%van ionensputtering.

De basistemperatuur is een belangrijke parameter die de aanpassingsvermogen van het proces bepaalt.en de basistemperatuur kan binnenkamertemperatuur tot 300°CIn sommige processen kan zelfs de kamertemperatuur worden gehandhaafd; terwijl ionensputtering door ionbombardement warmte genereert, ligt de basistemperatuur over het algemeen in het bereik van150-500°CDit verschil stelt magnetronsputtering in staat zich aan te passen aan warmtegevoelige materialen zoals PET-flexible films en MEMS-apparaten - bij het deponeren van Au-elektroden op een2 μmMagnetron sputtering verhoogt alleen de basis temperatuur tot80°C, en de buiging van de cantilever verandert slechts met0.1 μmDe Commissie heeft350°CDe hoge temperatuur van het ionenspuiten zal ervoor zorgen dat de cantilever rechtstreeks buigt en faalt.

Magnetronsputtering ondersteunt verschillende modi zoals co-sputtering en reactief sputtering en kan verschillende soorten films bereiden, waaronder ITO-transparante geleidende films, TiN-harde films, enz.,en complexe materialen zoals ITO en TiNIonensputtering is beter in staat om metalen en keramische harde coatings, zoals TiAlN en CrN, te bereiden en heeft beperkingen bij de coating van organische materialen en legeringen met een laag smeltpunt.Bijvoorbeeld:Bij de coating van Cu-film op de flexibele schakelplaat van het scherm van de mobiele telefoon kan magnetronsputtering worden voltooid op60°C, en de kantelkracht buiging verandert slechts met0.1 μmDe hoge temperatuur van de350°Cde PET-film krimpen en vervormen en is niet van toepassing.

Het grootste voordeel van magnetronsputtering ligt in de stabiele productie en de aanpasbaarheid bij lage temperaturen.Het gesloten besturingssysteem kan parameters zoals filmdikte en gascompositie in realtime controleren, met een filmdiktefout die binnen±0,1 nm, en de opbrengst kan nog steeds behouden over99%voor30 opeenvolgende dagenDe doelstelling van de exploitatiegraad kan tegelijkertijd worden bereikt.60% tot 80%, besparing20%Deze technologie heeft echter ook beperkingen: slechte afdichtingsprestaties en een zwakke dekking van de stappen,En het is niet zo uniform als ionen sputtering op complexe gebogen oppervlakkenDe uitrustingsstructuur is complex, met een hogere initiële investeringskosten.

Het uitzonderlijke kenmerk van ionsputtering is de super sterke hechting en oppervlakte aanpassingsvermogen.ook indien de substraatvorm complex is (zoals de snijrand van een mes of de vormholte)In de slijtvastheidstest wordt de TiN-coating (2 μm(deeltjes) van ionensputtering (2 μmdik) onder een1 kgbelastingwrijving voor100, 000 keerheeft een slijtage van slechts0.2 μmDe tekortkomingen van de ionensputtering zijn echter eveneens zeer duidelijk: een trage afzetting die resulteert in een lage productie-efficiëntie,hoge temperatuur die gevoelige substraten kan beschadigen, en complexe procesparameterregeling, met een hoger risico op het introduceren van gasverontreinigingen dan magnetronsputtering.

Vanwege de grote uniformiteit van het gebied en de voordelen van laagtemperatuurdepositie wordt magnetronsputtering veel gebruikt in elektronica, optica en nieuwe energievelden:

• Elektronische industrie: ITO-transparante geleidende folies voor beeldschermen, magnetische kopelektroden op harde schijven, Cu-folies voor flexibele schakelplaten;
• Optische industrie: antireflectieve folies voor brillenzen, antireflectieve folies voor glasbekleding voor mobiele telefoons;
• Nieuwe energiesector: Aluminium backfield voor zonnecellen, coating voor batterijelektrode-tabs.20 nmdik) bereikt door magnetronsputtering, waarbij de afwijking van de componenten binnen± 0,5%, voldoet aan de hoge precisie van de magnetische kop.

De super sterke hechting van de ionencoating maakt het de voorkeur voor harde coatings en complexe werkstukcoating:

• Bewerking: TiN, TiAlN ultraharde coatings voor snijgereedschappen en malen kunnen de levensduur verlengen door3 tot 10 keer;
• Decoratie: slijtagebestendige decoratieve films voor badkamerapparatuur en hoogwaardige horloges, die schoonheid en duurzaamheid combineren;
• Luchtvaart: Hoogtemperatuurbeschermende coatings voor motorbladen en tandwielen, bestand tegen temperaturen boven800°C.

In de automobielvormindustrie heeft de TiAlN-coating van ionplating een hardheid van3200HV, waardoor de mal continu kan stampen100, 000 keerof meer zonder duidelijke slijtage.