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

The essence of magnetron sputtering is the "collaborative effect of high-energy ion bombardment + magnetic field constraint".Inert argon gas wordt geïntroduceerd in de vacuümkamer.Dan worden argon ionen versneld door het elektrische veld en bombarderen ze het oppervlak van het doelmateriaal."sputtering" het doel materiaal atomen wegHet meest cruciale punt is dat het magnetische veld achter het doel elektronen dicht bij het doeloppervlak bindt om een spiraalbeweging uit te voeren.significant improving the ionization efficiency of argon gas, en uiteindelijk waardoor de sputtered doelmateriaal atomen om gelijkmatig te deponeren op het substraatoppervlak om een film te vormen.Dit "elektrische veldversnelling + magnetische veldbeperking" ontwerp lost de pijnpunten op van trage productiesnelheid en hoge substraat temperatuur in traditionele sputtering.De kerntechnologie voor industriële massaproductie.

Ion plating is een samengesteld proces van "verdamping / sputtering + ionisatie + elektrisch veldversnelling", bekend als de "combinatie van vacuüm verdamping en sputtering".Eerst.Het doelmateriaal vormt gasdeeltjes door verdamping of sputtering, dan worden deze deeltjes geïoniseerd door gloedontlading tot hoge-energie ionen.onder de werking van een sterk elektrisch veld.Deze ionen worden versneld naar het substraat, niet alleen het reinigen van de onzuiverheden op het substraat oppervlak, maar ook het vormen van een sterke band met het substraat met hoge kinetische energie.Deze ionisatie-afzetting methode maakt een sprong mogelijk in de bandsterkte tussen de filmlaag en het substraat..

Experimentele gegevens tonen aan dat de adhesie van magnetron sputtered film layers meestal tussen3 tot 10 N/cm.Terwijl ion plating kan bereiken5-15 N/cm.Bijvoorbeeld, in de test van aluminium film afzetting op glas substraten, de hechting van ion plating bereikt12 N/cm.Wat meer is dan...5 keerDit voordeel stamt uit het sputtering effect van ionen op het substraat, wat kan leiden tot een hoge spanning van het materiaal.1-5 nm.Mixed transition layer, het bereiken van "atomic-level bonding" tussen de filmlaag en het substraat.

The metal film deposition rate of magnetron sputtering is de snelheid waarmee de magnetronen in de film worden afgezet.10 tot 100 nm/min.En dat van samengestelde films is5-30 nm/min.; while the rate of ion plating is generally slower, onlyVijf tot vijftig nanometer per minuut.Bijvoorbeeld, in het geval van ITO film gebruikt in display screens, kan magnetron sputtering een200 nm.dikke coating inEén uur.Terwijl ion plating vereist,Twee, drie uur.Dit komt omdat het ionisatieproces een deel van de energie verbruikt, wat resulteert in een vermindering van het aantal effectief gedeponeerde deeltjes.

In large-scale coating scenarios, is de uniformity advantage of magnetron sputtering particularly obvious.Magnetron sputtering kan de film dikte afwijking van grote-area substraten binnen± 1% - 5%, terwijl de uniformiteit van ion plating is meestal± 3%-7%De productie data van een display panel fabrikant toont aan dat voor de 6e generatie lijn met een glas substraat1500 mm vermenigvuldigd met 1800 mm.De ITO-film wordt afgezet door magnetron sputtering, met de dikte uniformiteit binnen± 1%De opbrengst van continue productie van.Vijfhonderd stukken.is zo hoog als97%, ver boven de85%van ion sputtering.

Magnetron sputtering vermindert de directe bombardement van ionen op het substraat door magnetisch veldconfinement.en de basis temperatuur kan worden gecontroleerd binnenKamertemperatuur tot 300°C., en sommige processen kunnen zelfs kamertemperatuur behouden; terwijl ion sputtering door ion bombardment warmte genereert, is de basis temperatuur over het algemeen in het bereik van150 tot 500 graden.Dit verschil stelt magnetron sputtering in staat om zich aan te passen aan warmtegevoelige materialen zoals PET flexibele films en MEMS-apparaten - wanneer Au-elektroden op een2 μm.Magnetron sputtering verhoogt alleen de basis temperatuur tot- 80 graden.En de deflectie van de cantilever verandert alleen door0.1 μm.- Terwijl de...350 graden.De hoge temperatuur van ion sputtering zal ervoor zorgen dat de cantilever direct buigt en faalt.

Magnetron sputtering ondersteunt verschillende modi, zoals co-sputtering en reactief sputtering, en kan verschillende soorten films bereiden, waaronder ITO transparante geleidende films, TiN harde films, etc.en complexe materialen zoals ITO en TiNIon sputtering is meer vaardig in het voorbereiden van harde metalen en keramische coatings, zoals TiAlN en CrN, en heeft beperkingen in de coating van organische materialen en low-melting-point alloys.Bijvoorbeeld:Wanneer we Cu film coaten op het flexibele circuit board van het mobiele telefoonscherm, kan magnetron sputtering worden voltooid op60°C, en de cantilever deflectie verandert alleen door0.1 μm.Terwijl de hoge temperatuur van350 graden.van ion sputtering zal de PET film laten krimpen en vervormen, en is niet toepasbaar.

Het grootste voordeel van magnetron sputtering ligt in zijn stabiele productie en lage temperatuur aanpasbaarheid.Het gesloten-lus besturingssysteem kan parameters zoals filmdikte en gascompositie in real time monitoren., met een film dikte fout gecontroleerd binnen± 0,1 nm.En de opbrengst kan nog steeds overhouden.99%voor30 opeenvolgende dagen.Tegelijkertijd kan de doelgebruikingsgraad bereiken.60 tot 80 procent.Spaar.20%Echter, deze technologie heeft ook beperkingen: slechte vulling gat prestaties en zwakke stappen dekking vermogen.En het is niet zo uniform als ion sputtering op complexe gebogen oppervlakken.En de apparatuurstructuur is complex, met een hogere initiële investeringskosten.

Het uitstekende kenmerk van ion sputtering is de super sterke adhesie en oppervlakte aanpasbaarheid.even if the substrate shape is complex (zoals de snijrand van een mes of de vormholte)In de slijtvastheidstest, de TiN coating.2 μm.dik van ion sputtering.2 μm.Thick onder eenEen kilo.Load friction voor100, 000 keerheeft een slijtage van slechts0.2 μm.Echter, de tekortkomingen van ion sputtering zijn ook zeer duidelijk: slow deposition rate resulting in low production efficiency.High temperature prone to damage sensitive substrates (hoge temperatuur geneigd om gevoelige substraten te beschadigen), en complex proces parameter control, met een hoger risico van gas onzuiverheid introductie dan magnetron sputtering.

Vanwege zijn grote uniformity en lage temperatuur afzetting voordelen, magnetron sputtering is veel gebruikt in elektronica, optica, en nieuwe energie velden:

• Electronic industry: ITO transparent conductive films for display screens, hard disk magnetic head electrodes, Cu films for flexible circuit boards;
• Optical industry: anti-reflective films voor brillenzen, anti-reflective films voor mobiele telefoon glazen hoesjes;
• De massaproductiezaak van een bepaalde harde schijffabrikant toont aan dat de Ni-Fe-alloy film20 nm.thick) prepared by magnetron sputtering, met de component deviation controlled within± 0,5%Voldoet aan de hoge precisie vereisten van de magnetische kop.

De super sterke hechting van ion plating maakt het de voorkeur keuze voor harde coatings en complexe werkstuk plating:

• Machining: TiN, TiAlN ultra-hard coatings for cutting tools and molds, can extend the service life byDrie tot tien keer.;
• Decoratie industrie: Wear-resistant decorative films for bathroom hardware and high-end watches, combining beauty and durability;
• Aerospace: High-temperature protective coatings for engine blades and gears, capable of withstanding temperatures above800 graden..

In de automotive vorm veld, de TiAlN coating van ion plating heeft een hardheid van3200HV., waardoor de mal continu stampt100, 000 keerOf meer zonder duidelijke slijtage.