Les deux géants du monde du film mince: une analyse des différences fondamentales entre la pulvérisation par magnétron et le revêtement ionique

L'essence de la pulvérisation par magnétron est l'"effet collaboratif du bombardement d'ions à haute énergie + contrainte du champ magnétique".le gaz argon inerte est introduit dans la chambre sous vide, et le plasma est formé par une excitation du champ électrique; puis les ions argon sont accélérés par le champ électrique et bombardent la surface du matériau cible,"poussant" les atomes du matériau cible; le point le plus crucial est que le champ magnétique derrière la cible va lier des électrons près de la surface cible pour effectuer un mouvement en spirale,amélioration significative de l'efficacité d'ionisation du gaz argon, et permettant finalement aux atomes du matériau cible pulvérisé de se déposer uniformément sur la surface du substrat pour former un film.Cette conception "accélération du champ électrique + contrainte du champ magnétique" résout les problèmes liés au taux de production lent et à la température élevée du substrat dans le pulvérisation traditionnelle, devenant la technologie de base de la production industrielle de masse.

Le revêtement ionique est un procédé composite d'"évaporation / pulvérisation + ionisation + accélération du champ électrique", connu sous le nom de "combinaison d'évaporation sous vide et de pulvérisation".Tout d'abord, la matière cible forme des particules de gaz par évaporation ou pulvérisation, puis ces particules sont ionisées par une décharge lumineuse en ions à haute énergie; par la suite,sous l'action d'un champ électrique fort, ces ions sont accélérés vers le substrat, non seulement en nettoyant les impuretés sur la surface du substrat, mais aussi en formant une forte liaison avec le substrat avec une énergie cinétique élevée.Cette méthode de dépôt d'ionisation permet un saut dans la force de liaison entre la couche de film et le substrat.

L'adhérence est l'indicateur principal pour mesurer la durabilité de la couche de film.3 à 10 N/cm, tandis que le revêtement ionique peut atteindre5 à 15 N/cmPar exemple, lors de l'essai de dépôt de film d'aluminium sur des substrats de verre, l'adhérence du revêtement ionique atteint12 N/cm, soit plus de5 foisL'effet de pulvérisation des ions sur le substrat, qui peut former une couche d'évaporation, permet d'obtenir un effet de pulvérisation de l'ions sur le substrat.1 à 5 nmune couche de transition mixte, permettant d'obtenir une "liation au niveau atomique" entre la couche de film et le substrat.

Le taux de dépôt de film métallique par pulvérisation par magnétron est de10 à 100 nm/min, et celle des films composés est5 à 30 nm/minLe taux d'ionisation est généralement plus lent, mais il ne se produit qu'en5 à 50 nm/minPar exemple, dans le cas d'une pellicule ITO utilisée dans les écrans d'affichage, la pulvérisation par magnétrons peut compléter une200 nmrevêtement épais en1 heure, alors que le placage ionique nécessite2 à 3 heuresCeci est dû au fait que le processus d'ionisation consomme une partie de l'énergie, ce qui entraîne une réduction du nombre de particules effectivement déposées.

Dans les scénarios de revêtement à grande échelle, l'avantage d'uniformité du pulvérisation par magnétron est particulièrement évident.La pulvérisation par magnétron peut contrôler l'écart d'épaisseur du film des substrats de grande surface dans± 1% à 5%, alors que l'uniformité du revêtement ionique est généralement± 3% à 7%Les données de production d'un fabricant de panneaux d'affichage montrent que pour la ligne de 6e génération avec un substrat en verre (1500 mm * 1800 mmLe film ITO est déposé par pulvérisation par magnétrons, avec une uniformité d'épaisseur atteignant± 1%Le rendement de la production continue de500 piècesest aussi élevée que97%, dépassant largement85%de pulvérisation ionique.

La température de base est un paramètre clé qui détermine l'adaptabilité du procédé.et la température de base peut être réglée danstempérature ambiante à 300°C, et certains procédés peuvent même maintenir la température ambiante; tandis que la pulvérisation ionique due au bombardement ionique génère de la chaleur, la température de base est généralement comprise entre150 à 500°CCette différence permet à la pulvérisation par magnétron de s'adapter à des matériaux sensibles à la chaleur tels que des films flexibles en PET et des dispositifs MEMS - lors du dépôt d'électrodes Au sur un2 μmL'effet de pulvérisation du magnétron ne fait qu'élever la température de base à80°C, et la déviation du porte-à-faux change de seulement0.1 μm; tandis que le350°CLa température élevée de pulvérisation d'ions provoquera la flexion directe du porte-avions et son échec.

Le pulvérisation par magnétron prend en charge divers modes tels que le co-pulvérisation et le pulvérisation réactive, et peut préparer divers types de films, y compris des films conducteurs transparents ITO, des films durs TiN, etc.,et des matériaux complexes tels que l'ITO et le TiNLa pulvérisation ionique est plus efficace dans la préparation de revêtements durs métalliques et céramiques, tels que le TiAlN et le CrN, et présente des limites dans le revêtement de matériaux organiques et d'alliages à bas point de fusion.Par exemple:, lors du revêtement d'une pellicule de Cu sur la carte de circuit flexible de l'écran du téléphone portable, le pulvérisation par magnétron peut être complétée à60°C, et la déviation en porte-à-faux ne change que de0.1 μmLa température élevée de350°CLe dépistage de l'ionisation entraînera un rétrécissement et une déformation du film PET et n'est pas applicable.

Le principal avantage du pulvérisation par magnétron réside dans sa stabilité de production et sa capacité d'adaptation à basse température.Son système de contrôle en boucle fermée peut surveiller en temps réel des paramètres tels que l'épaisseur du film et la composition du gaz, avec une erreur d'épaisseur de film contrôlée à± 0,1 nm, et le rendement peut encore maintenir sur99%pour30 jours consécutifsEn même temps, le taux d'utilisation cible peut être atteint.60% à 80%, économiser20%Cette technologie présente toutefois également des limites: faibles performances de remplissage des trous et faible capacité de couverture des étapes,et il n'est pas aussi uniforme que la pulvérisation ionique sur des surfaces courbes complexes; et la structure de l'équipement est complexe, avec un coût d'investissement initial plus élevé.

La caractéristique exceptionnelle de la pulvérisation ionique est sa super forte adhérence et sa capacité d'adaptation à la surface.même si la forme du substrat est complexe (comme le tranchant d'un couteau ou la cavité du moule)Dans l'essai de résistance à l'usure, le revêtement en TiN (2 μmL'utilisation de produits chimiques pour la fabrication de produits chimiques2 μmépaisseur) sous un1 kg ou plusfrottement de charge pour100Des milliers de fois.a une quantité d'usure de seulement0.2 μmCependant, les inconvénients de la pulvérisation ionique sont également très évidents: taux de dépôt lent entraînant une faible efficacité de production,température élevée susceptible d'endommager les substrats sensibles, et un contrôle complexe des paramètres de processus, avec un risque plus élevé d'introduction d'impuretés gazeuses que le pulvérisation par magnétron.

En raison de sa grande uniformité de surface et de ses avantages de dépôt à basse température, le pulvérisation par magnétron est largement utilisé dans l'électronique, l'optique et les nouveaux champs énergétiques:

• Industrie électronique: films conducteurs transparents ITO pour écrans d'affichage, électrodes de tête magnétique de disque dur, films Cu pour cartes de circuits souples;
• L'industrie optique: films antireflet pour les verres de lunettes, films antireflet pour les couvercles de verre des téléphones portables;
• Le cas de production de masse d'un certain fabricant de disques durs montre que le film d'alliage Ni-Fe (20 nmépaisse) préparée par pulvérisation par magnétron, avec la déviation des composants contrôlée dans± 0,5%, répond aux exigences de haute précision de la tête magnétique.

L'adhérence super forte du revêtement ionique en fait le choix préféré pour les revêtements durs et le revêtement complexe de pièces:

• L'usinage: les revêtements TiN, TiAlN ultra-durs pour outils de coupe et moules, peuvent prolonger la durée de vie en3 à 10 fois;
• Industrie de la décoration: films décoratifs résistants à l'usure pour le matériel de salle de bain et les montres haut de gamme, combinant beauté et durabilité;
• Aérospatiale: revêtements de protection à haute température pour pales et engrenages de moteurs, résistant à des températures supérieures à800°C.

Dans le domaine des moules automobiles, le revêtement en TiAlN des revêtements ioniques a une dureté de3200HV, ce qui permet au moule de marquer en continu100Des milliers de fois.ou plus sans usure évidente.