Die beiden Giganten der Dünnschichtwelt: Eine Analyse der Kernunterschiede zwischen Magnetronsputtern und Ionenplattieren

Das Kernprinzip des Magnetron-Sputterns ist die "zusammenwirkende Wirkung von hochenergetischer Ionenbombardierung + Einschränkung des Magnetfeldes".Inertes Argongas wird in die Vakuumkammer eingeführt., und das Plasma wird durch eine elektrische Felderregung gebildet; dann werden Argon-Ionen durch das elektrische Feld beschleunigt und bombardieren die Oberfläche des Zielmaterials,"Sprutzen" der Zielmaterialatome wegDer wichtigste Punkt ist, dass das Magnetfeld hinter dem Ziel Elektronen in der Nähe der Zieloberfläche bindet, um eine Spiralbewegung auszuführen.erhebliche Verbesserung der Ionisierungseffizienz von Argongas, und letztendlich ermöglicht es, dass sich die Atome des gespritzten Zielmaterials gleichmäßig auf der Substratoberfläche ablagern und einen Film bilden.Dieses "Beschleunigung des elektrischen Feldes + Beschränkung des magnetischen Feldes" -Design löst die Schmerzpunkte der langsamen Produktionsrate und der hohen Substrattemperatur beim traditionellen Sputtern, wird zur Kerntechnologie für die industrielle Massenproduktion.

Die Ionenabdeckung ist ein zusammengesetztes Verfahren aus "Adddampfung / Sputtering + Ionisierung + Beschleunigung des elektrischen Feldes", bekannt als die "Kombination von Vakuumabdampfung und Sputtering". Sein Kernprozess besteht aus:Erstens:, bildet das Zielmaterial durch Verdunstung oder Sputtering Gaspartikel, dann werden diese Partikel durch Leuchtentladung zu hochenergetischen Ionen ionisiert; anschließendunter Einwirkung eines starken elektrischen Feldes, werden diese Ionen zum Substrat beschleunigt und reinigen nicht nur die Verunreinigungen auf der Substratoberfläche, sondern bilden auch eine starke Bindung mit dem Substrat mit hoher kinetischer Energie.Diese Ionisierungsablagerungsmethode ermöglicht einen Sprung in der Bindungsstärke zwischen der Filmschicht und dem Substrat.

Die Adhäsion ist der wichtigste Indikator für die Messung der Haltbarkeit der Filmschicht.3 bis 10 N/cm, während die Ionenbeschichtung5-15N/cmBei der Prüfung von Aluminiumfolien auf Glassubstraten erreicht beispielsweise die Haftung der Ionenbeschichtung12 N/cm, was mehr als5 malDer Vorteil liegt in der Sputterwirkung von Ionen auf dem Substrat, die eine1-5 nmeine gemischte Übergangsschicht, wodurch eine "Bindung auf atomarer Ebene" zwischen der Filmschicht und dem Substrat erreicht wird.

Die Absetzungsrate beeinflusst unmittelbar die Produktionseffizienz.10 bis 100 nm/min, und die der zusammengesetzten Folien ist5 bis 30 nm/minWährend die Ionenbeschichtung in der Regel langsamer erfolgt, ist die5-50 nm/minBei ITO-Filmen, die beispielsweise in Bildschirmen verwendet werden, kann das Magnetron-Sputtern eine200 nmmit einer Dicke in1 Stunde, während Ionenbeschichtung erfordert2-3 StundenDies liegt daran, daß der Ionisierungsprozess einen Teil der Energie verbraucht, was zu einer Verringerung der Anzahl der effektiv abgelagerten Partikel führt.

In großflächigen Beschichtungs-Szenarien ist der Vorteil der Einheitlichkeit des Magnetron-Sputterns besonders offensichtlich.Magnetron-Sputtering kann die Abweichung der Filmdicke großer Substrate innerhalb± 1% bis 5%, während die Einheitlichkeit der Ionenbeschichtung in der Regel± 3% bis 7%Die Produktionsdaten eines Anzeigeteilerherstellers zeigen, daß für die Linie der 6. Generation mit Glasunterlage (1500 mm * 1800 mm), wird der ITO-Film durch Magnetron-Sputtering abgelagert, wobei die Dicken-Einheitlichkeit± 1%. Die Ausbeute der kontinuierlichen Produktion von500 Stückist so hoch wie97 Prozent, weit über dem85%von Ionenspritzungen.

Die Grundtemperatur ist ein wichtiger Parameter, der die Anpassungsfähigkeit des Prozesses bestimmt.und die Grundtemperatur kann innerhalbRaumtemperatur bis 300°C, und einige Prozesse können sogar Raumtemperatur aufrechterhalten; während Ionen-Sputtering durch Ionenbombardierung Wärme erzeugt, liegt die Grundtemperatur im Allgemeinen im Bereich150 bis 500°CDieser Unterschied ermöglicht es dem Magnetron-Sputtering, sich an wärmeempfindliche Materialien wie flexible PET-Folien und MEMS-Geräte anzupassen, wenn Au-Elektroden auf einem2 μmDer Magnetron-Sputter erhöht die Grundtemperatur nur auf80°C, und die Verbiegung des Freischaltpegels ändert sich nur um0.1 μm■ während die350°CDie hohe Temperatur des Ionenspritzens führt dazu, dass sich der Ausleger direkt biegt und versagt.

Magnetron-Sputtering unterstützt verschiedene Modi wie Co-Sputtering und Reaktiv-Sputtering und kann verschiedene Arten von Filmen, einschließlich ITO-transparenten leitfähigen Filmen, TiN-Hardfilmen usw., herstellen.und komplexe Materialien wie ITO und TiNDas Ionensprutzen ist bei der Herstellung von Metall- und Keramik-Hardbeschichtungen wie TiAlN und CrN besser geeignet und hat Einschränkungen bei der Beschichtung von organischen Materialien und Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt.Zum Beispiel:, bei der Beschichtung mit Cu-Film auf der flexiblen Leiterplatte des Mobiltelefonbildschirms kann das Magnetron-Sputtern bei60°C, und die Frequenzverlagerung ändert sich nur um0.1 μm■ während die hohe Temperatur von350°CDie Verwendung von Ionensputtern verursacht eine Schrumpfung und Verformung des PET-Films und ist nicht anwendbar.

Der größte Vorteil des Magnetronsputterns liegt in seiner stabilen Produktion und Anpassungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen.Das geschlossene Steuerungssystem kann Parameter wie Filmdicke und Gaszusammensetzung in Echtzeit überwachen, mit einem in±0,1 nm, und der Ertrag kann immer noch über halten99 Prozentfür30 aufeinanderfolgende TageDies ist ein wichtiger Faktor für die Erreichung der Zielnutzungsrate.60% bis 80%, sparen20%Diese Technologie weist jedoch auch Einschränkungen auf: schlechte Fülllochleistung und schwache Schrittdeckungsfähigkeit,und es ist nicht so einheitlich wie Ionen-Sputtering auf komplexen gekrümmten OberflächenDie Ausrüstungsstruktur ist komplex und hat höhere Anfangsinvestitionskosten.

Das herausragende Merkmal des Ionensputters ist seine superstarke Haftung und die Anpassungsfähigkeit an die Oberfläche.auch wenn die Substratform komplex ist (z. B. Schneide eines Messers oder Schimmelhöhle)Bei der Verschleißfestigkeitsprüfung wird die TiN-Beschichtung (2 μmDie Ausrüstung besteht aus einem2 μm(dick) unter einem1 kgLastreibung für100,000 malhat einen Verschleiß von nur0.2 μmDie Schwächen des Ionensputterns sind jedoch ebenfalls sehr offensichtlich: langsame Ablagerungsrate, was zu einer geringen Produktionseffizienz führt,hohe Temperaturen, die empfindliche Substrate beschädigen, und eine komplexe Prozessparameterkontrolle mit einem höheren Risiko für die Einführung von Gasverunreinigungen als bei Magnetron-Sputtern.

Aufgrund seiner großen Einheitlichkeit und der Vorteile der Niedertemperaturablagerung wird Magnetron-Sputtering in Elektronik, Optik und neuen Energiefeldern weit verbreitet:

• Elektronikindustrie: ITO-transparente leitfähige Filme für Displaybildschirme, Festplattenmagnetkopftelektroden, Cu-Filme für flexible Leiterplatten;
• In der optischen Industrie: Reflektionsschutzfolien für Brillengläser, Reflektionsschutzfolien für Handyglasdeckel;
• Neue Energieindustrie: Aluminium-Backfield für Solarzellen, Beschichtung für Batterieelektroden-Tabs.20 nmmit einem Durchmesser von mehr als 10 μm,± 0,5%, erfüllt die hohen Präzisionsanforderungen des Magnetkopfes.

Die hohe Haftung der Ionenbeschichtung macht sie zur bevorzugten Wahl für harte Beschichtungen und komplexe Werkstückbeschichtungen:

• Bearbeitung: TiN, TiAlN-Ultraharte Beschichtungen für Schneidwerkzeuge und Formen können die Lebensdauer verlängern, indem3 bis 10 Mal;
• Dekorationsindustrie: Verschleißbeständige Dekorationsfolien für Badezimmergeräte und High-End-Uhren, die Schönheit und Langlebigkeit kombinieren;
• Luft- und Raumfahrt: Hochtemperaturschutzbeschichtungen für Motorenblätter und -getriebe, die Temperaturen über800°C.

Im Bereich der Automobilformen hat die TiAlN-Beschichtung der Ionbeschichtung eine Härte von3200HV, so dass die Form kontinuierlich stampfen kann100,000 maloder mehr ohne offensichtlichen Verschleiß.