Οι δύο γίγαντες του κόσμου των λεπτών ταινιών: Ανάλυση των βασικών διαφορών μεταξύ της ψεκασμού με μαγνητρόνια και της επικάλυψης με ιόντα

Η ουσία του magnetron sputtering είναι η "συνεργατική επίδραση του βομβαρδισμού ιόντων υψηλής ενέργειας + περιορισμού μαγνητικού πεδίου".εισάγεται αδρανές αέριο αργόνου στον θάλαμο κενού, και το πλάσμα σχηματίζεται μέσω ενός ηλεκτρικού αγρού διέγερσης. Στη συνέχεια, τα ιόντα αργόνου επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο και βομβαρδίζουν την επιφάνεια του υλικού-στόχου,"Αποκάλυψη" των ατόμων του υλικού-στόχου μακριάΤο πιο σημαντικό σημείο είναι ότι το μαγνητικό πεδίο πίσω από τον στόχο θα δεσμεύσει ηλεκτρόνια κοντά στην επιφάνεια του στόχου για να πραγματοποιήσει μια σπειροειδή κίνηση,σημαντική βελτίωση της απόδοσης ιονισμού του αερίου αργόνου, και τελικά επιτρέποντας στα ατόματα του υλικού-στόχου να αποθηκευτούν ομοιόμορφα στην επιφάνεια του υποστρώματος για να σχηματίσουν ένα φιλμ.Αυτό το σχέδιο "επιτάχυνση ηλεκτρικού πεδίου + περιορισμό μαγνητικού πεδίου" λύνει τα σημεία πόνου του αργού ρυθμού παραγωγής και της υψηλής θερμοκρασίας υποστρώματος στην παραδοσιακή ψεκασμό, που γίνεται η βασική τεχνολογία για τη βιομηχανική μαζική παραγωγή.

Η επιχρίστωση με ιόντα είναι μια σύνθετη διαδικασία "ατμοποίησης / ψεκασμού + ιονισμού + επιτάχυνσης ηλεκτρικού πεδίου", γνωστή ως "συνδυασμός εξάτμισης κενού και ψεκασμού".Πρώτα, το υλικό στόχο σχηματίζει σωματίδια αερίου μέσω εξάτμισης ή ψεκασμού, στη συνέχεια αυτά τα σωματίδια ιονίζονται με εκτόξευση λάμψης σε ιόντα υψηλής ενέργειας.υπό την επίδραση ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου, τα ιόντα αυτά επιταχύνονται προς το υπόστρωμα, όχι μόνο καθαρίζοντας τις ακαθαρσίες στην επιφάνεια του υποστρώματος, αλλά και σχηματίζοντας ισχυρό δεσμό με το υπόστρωμα με υψηλή κινητική ενέργεια.Αυτή η μέθοδος αποθέματος ιονισμού επιτρέπει ένα άλμα στην αντοχή δεσμού μεταξύ του στρώματος ταινίας και του υποστρώματος.

Η προσκόλληση είναι ο βασικός δείκτης για τη μέτρηση της αντοχής του στρώματος φιλμ.3-10N/cm, ενώ η ιόντιση μπορεί να φθάσει5-15N/cmΓια παράδειγμα, στην δοκιμή της εναπόθεσης της ταινίας αλουμινίου σε γυάλινο υπόστρωμα, η προσκόλληση της ιοντικής επικάλυψης φτάνει τα12N/cm, η οποία είναι μεγαλύτερη από5 φορέςΤο πλεονέκτημα αυτό οφείλεται στην επίδραση των ιόντων στο υπόστρωμα, η οποία μπορεί να δημιουργήσει μια ατμόσφαιρα που μπορεί να μειώσει την ένταση του υλικού.1-5nmΜεικτό μεταβατικό στρώμα, επιτυγχάνοντας "σύνδεση ατομικού επιπέδου" μεταξύ του στρώματος φιλμ και του υποστρώματος.

Το ποσοστό αποθέσεως του μεταλλικού υλικού του σπυττρίσματος με μαγνητρόνια είναι10-100nm/min, και ότι των σύνθετων ταινιών είναι5-30nm/min· ενώ η ταχύτητα της ιόντισης είναι γενικά πιο αργή, μόνο5-50nm/minΓια παράδειγμα, στην περίπτωση της ταινίας ITO που χρησιμοποιείται σε οθόνες οθόνης, η ψεκαστική με μαγνητρόνια μπορεί να ολοκληρώσει μια200nmπαχιά επικάλυψη1 ώρα, ενώ η ιόντιση απαιτεί2-3 ώρεςΑυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διαδικασία ιονισμού καταναλώνει μέρος της ενέργειας, με αποτέλεσμα τη μείωση του αριθμού των σωματιδίων που αποθηκεύονται αποτελεσματικά.

Σε σενάρια επικάλυψης μεγάλης κλίμακας, το πλεονέκτημα ομοιόμορφη του magnetron sputtering είναι ιδιαίτερα προφανές.Η ψεκαστική με μαγνητρόνια μπορεί να ελέγξει την απόκλιση του πάχους του φιλμ των υποστρωμάτων μεγάλης έκτασης εντός± 1%-5%, ενώ η ομοιομορφία της ιόντης επικάλυψης είναι συνήθως± 3% - 7%Τα στοιχεία παραγωγής ενός κατασκευαστή οθονών δείχνουν ότι για τη σειρά 6ης γενιάς με γυάλινο υπόστρωμα (1500 mm * 1800 mm), η ταινία ITO αποθηκεύεται με σπυττάρισμα μαγνητρονίου, με την ομοιομορφία πάχους να φτάνει τα± 1%Η απόδοση της συνεχούς παραγωγής500 κομμάτιαείναι τόσο υψηλή όσο97%, που υπερβαίνει κατά πολύ το85%των ιόντων.

Η θερμοκρασία βάσης είναι μια βασική παράμετρος που καθορίζει την προσαρμοστικότητα της διαδικασίας.και η θερμοκρασία βάσης μπορεί να ελεγχθεί εντόςθερμοκρασία δωματίου έως 300°C, και ορισμένες διαδικασίες μπορούν ακόμη και να διατηρήσουν την θερμοκρασία δωματίου. Ενώ η ψεκαστική ιόντων λόγω βομβαρδισμού ιόντων παράγει θερμότητα, η θερμοκρασία βάσης είναι γενικά στην περιοχή των150-500°CΗ διαφορά αυτή επιτρέπει στο magnetron sputtering να προσαρμόζεται σε θερμικά ευαίσθητα υλικά, όπως ευέλικτες ταινίες PET και συσκευές MEMS - όταν τοποθετούνται ηλεκτρόδια Au σε ένα2 μmΜε το παχύ MEMS, το σποτ του μαγνητόρων αυξάνει μόνο τη θερμοκρασία βάσης σε80°C, και η κάμψη του αντηλιακού μεταβάλλεται μόνο κατά0.1μm· ενώ η350 °CΗ υψηλή θερμοκρασία της ψεκασμού ιόντων θα προκαλέσει την άμεση κάμψη και αποτυχία του εκκρεμήματος.

Η ψεκαστική με μαγνητόστρον υποστηρίζει διάφορες λειτουργίες όπως η συν-ψεκαστική και η αντιδραστική ψεκαστική και μπορεί να προετοιμάσει διάφορους τύπους ταινιών, συμπεριλαμβανομένων διαφανών διεγωγικών ταινιών ITO, σκληρών ταινιών TiN κλπ.και σύνθετα υλικά όπως το ITO και το TiNΗ ψεκαστική ιόντων είναι πιο ικανή στην παρασκευή σκληρών επιχρίσεων μετάλλων και κεραμικών, όπως TiAlN και CrN, και έχει περιορισμούς στην επίστρωση οργανικών υλικών και κράμάτων χαμηλού σημείου τήξης.Για παράδειγμα:, κατά την επικάλυψη με φιλμ Cu στην ευέλικτη πλακέτα κυκλώματος της οθόνης του κινητού τηλεφώνου, η ψεκασμό μαγνητρονίου μπορεί να ολοκληρωθεί σε60°C, και η κεντή απόκλιση αλλάζει μόνο κατά0.1μm· ενώ η υψηλή θερμοκρασία του350 °CΗ μέθοδος αυτή δεν ισχύει για την παραγωγή υλικών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή υλικών που περιέχουν ιόντα και τα οποία προκαλούν συρρίκνωση και παραμόρφωση του φιλμ PET.

Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της ψεκασμού με μαγνητρόνιο έγκειται στην σταθερή παραγωγή και την προσαρμοστικότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες.Το σύστημα ελέγχου κλειστού κυκλώματος του μπορεί να παρακολουθεί παραμέτρους όπως το πάχος του φιλμ και τη σύνθεση του αερίου σε πραγματικό χρόνο, με ελεγχόμενο σφάλμα πάχους ταινίας εντός±0,1nm, και η απόδοση μπορεί ακόμα να διατηρήσει πάνω99%για30 συνεχόμενες ημέρεςΤαυτόχρονα, ο στόχος του ποσοστού χρησιμοποίησης μπορεί να επιτευχθεί.60%-80%, εξοικονόμηση20%Ωστόσο, η τεχνολογία αυτή έχει επίσης περιορισμούς: κακή απόδοση γεμιστικής τρύπας και αδύναμη ικανότητα κάλυψης βήματος,και δεν είναι τόσο ομοιόμορφο όσο η διάχυση ιόντων σε περίπλοκες καμπυλωτές επιφάνειες· και η δομή του εξοπλισμού είναι περίπλοκη, με υψηλότερο αρχικό κόστος επένδυσης.

Το εξαιρετικό χαρακτηριστικό του ιόντων είναι η εξαιρετικά ισχυρή προσκόλληση και η προσαρμοστικότητα της επιφάνειας.ακόμη και αν το υπόστρωμα έχει περίπλοκο σχήμα (όπως η κορυφή ενός μαχαιριού ή η κοιλότητα του καλούπιου)Κατά τη δοκιμή αντοχής στην φθορά, η επίστρωση TiN (2 μmΔύνατον να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή2 μmΔύναμη1 κιλότριβή φορτίου για100Χίλιες φορές.έχει ποσότητα φθοράς μόνο0.2μmΩστόσο, τα μειονεκτήματα του ιόντου ψεκασμού είναι επίσης πολύ προφανή: αργός ρυθμός αποθέσεως που οδηγεί σε χαμηλή αποδοτικότητα παραγωγής,υψηλή θερμοκρασία που είναι επιρρεπής στη βλάβη ευαίσθητων υποστρωμάτων, και σύνθετος έλεγχος παραμέτρων της διαδικασίας, με μεγαλύτερο κίνδυνο εισαγωγής ακαθαρσίας αερίου από την ψεκασμό με μαγνητρόνια.

Λόγω της μεγάλης ομοιόμορφης έκτασης και των πλεονεκτημάτων της εναπόθεσης χαμηλής θερμοκρασίας, η ψεκαστική μαγνητρονίου χρησιμοποιείται ευρέως στα ηλεκτρονικά, τα οπτικά και τα νέα ενεργειακά πεδία:

• Ηλεκτρονική βιομηχανία: Διαφανείς αγωγικές ταινίες ITO για οθόνες οθόνης, ηλεκτρόδια μαγνητικής κεφαλής σκληρού δίσκου, ταινίες Cu για πλακέτες ευέλικτων κυκλωμάτων.
• Οπτική βιομηχανία: Αντιανακλαστικές ταινίες για φακούς γυαλιών, αντιανακλαστικές ταινίες για κάλυμμα γυαλιών κινητών τηλεφώνων.
• Νέα ενεργειακή βιομηχανία: Αλουμινίου backfield για ηλιακά κύτταρα, επικάλυψη για ηλεκτρόδια μπαταριών.20nm(σφιχτό) που παρασκευάζεται με ψεκασμό μαγνητρονίων, με την απόκλιση των συστατικών να ελέγχεται εντός±0,5%, πληροί τις απαιτήσεις υψηλής ακρίβειας της μαγνητικής κεφαλής.

Η εξαιρετικά ισχυρή προσκόλληση της ιόντης επικάλυψης την καθιστά την προτιμώμενη επιλογή για σκληρές επικάλυψεις και σύνθετη επικάλυψη εργαστηρίου:

• Επεξεργασία: TiN, TiAlN υπε­σκληρές επικάλυψεις για εργαλεία κοπής και καλούπια, μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής με3-10 φορές;
• Βιομηχανία διακόσμησης: ανθεκτικές στην φθορά διακοσμητικές ταινίες για εξοπλισμό μπάνιου και ρολόγια υψηλής ποιότητας, που συνδυάζουν ομορφιά και αντοχή.
• Αεροδιαστημική βιομηχανία: Προστατευτικές επικάλυψεις υψηλής θερμοκρασίας για λεπίδες κινητήρων και γρανάζια, ικανές να αντέχουν θερμοκρασίες άνω των800°C.

Στο πεδίο του μολύβδου αυτοκινήτων, η επίστρωση TiAlN της ιόντης επικάλυψης έχει σκληρότητα3200HV, επιτρέποντας στο καλούπι να τυπώνει συνεχώς100Χίλιες φορές.ή περισσότερο χωρίς προφανή φθορά.