Dwóch gigantów świata cienkich warstw: Analiza kluczowych różnic między rozpylaniem magnetronowym a napylaniem jonowym

Istotą magnetronowego rozpylania jest "efekt współpracy bombardowania jonów o wysokiej energii + ograniczenia pola magnetycznego".do komory próżniowej wprowadza się bezczynny gaz argonowy, a plazma powstaje poprzez podniecenie pola elektrycznego; następnie jony argonu są przyspieszane przez pole elektryczne i bombardują powierzchnię materiału docelowego,"przepychając" atomy materiału docelowego; najważniejszym punktem jest to, że pole magnetyczne za celem będzie wiązać elektrony w pobliżu powierzchni celu do wykonania ruchu spiralnego,znacząca poprawa efektywności jonizacji gazu argonowego, a ostatecznie pozwalając atomom rozpylanego materiału docelowego równomiernie osadzać się na powierzchni podłoża, tworząc film.Ten projekt "przyspieszenie pola elektrycznego + ograniczenie pola magnetycznego" rozwiązuje problemy powolnej szybkości produkcji i wysokiej temperatury podłoża w tradycyjnym rozpylanie, stając się podstawową technologią dla masowej produkcji przemysłowej.

Płytkowanie jonowe jest procesem złożonym z "parowania / rozpylania + jonizacji + przyspieszenia pola elektrycznego", znanym jako "kombinacja parowania próżniowego i rozpylania".Najpierw, materiał docelowy tworzy cząstki gazu poprzez parowanie lub rozpylanie, następnie cząstki te są jonizowane przez rozładowanie świetlne do jonów o wysokiej energii; następnie,pod działaniem silnego pola elektrycznego, te jony są przyspieszane w kierunku podłoża, nie tylko oczyszczając zanieczyszczenia na powierzchni podłoża, ale również tworząc silne powiązanie z podłożem o wysokiej energii kinetycznej.Ta metoda depozycji jonizacyjnej umożliwia skok w wytrzymałości wiązania między warstwą filmu i podłoża.

Przyczepność jest podstawowym wskaźnikiem mierzenia trwałości warstwy foliowej.3-10N/cm, podczas gdy pokrycie jonowe może osiągnąć5-15N/cmNa przykład w badaniu osadzenia folii aluminiowej na podłożu szklanym przyczepność pokrycia jonowego osiąga12N/cm, co stanowi więcej niż5 razyW związku z tym, że nie można wykorzystać tej metody w celu uzyskania większej pewności co do tego, czy jest ona skuteczna lub nie, należy zastosować metodę tradycyjnego parowania.1-5 nmmieszana warstwa przejściowa, osiągająca "wiązanie na poziomie atomowym" między warstwą foliową a podłożem.

Szybkość osadzenia bezpośrednio wpływa na wydajność produkcji.10-100nm/min, a ten z filmów złożonych jest5-30 nm/min; natomiast szybkość pokrycia jonowego jest zazwyczaj wolniejsza, tylko5-50 nm/minNa przykład w przypadku folii ITO stosowanej w ekranach wyświetleniowych, rozpylanie magnetronem może zakończyć proces wytwarzania materiału.200 nmgruba powłoka w1 godzina, podczas gdy pokrycie jonowe wymaga2-3 godzinyDzieje się tak dlatego, że proces jonizacji zużywa część energii, co powoduje zmniejszenie liczby skutecznie osadzonych cząstek.

W przypadku dużych scenariuszy powlekania, uniformity przydatność magnetronu rozpylania jest szczególnie oczywista.magnetronowe rozpylanie może kontrolować odchylenie grubości folii dużych podłożeń w obrębie± 1%-5%, podczas gdy jednolitość pokrycia jonowego jest zazwyczaj± 3%-7%Dane produkcyjne producenta paneli wyświetleniowych wskazują, że w przypadku linii szóstej generacji z podłożem szklanym (1500 mm * 1800 mm), folia ITO jest osadzana przez rozpylanie magnetronem, przy jednolitej grubości osiągającej± 1%. Wydajność ciągłej produkcji500 sztukjest tak wysoka jak97%, znacznie przekraczające85%o rozpylanie jonów.

Temperatura bazowa jest kluczowym parametrem określającym adaptacyjność procesu.a temperaturę bazową można kontrolować w zakresietemperatury pokojowej do 300°C, a niektóre procesy mogą nawet utrzymywać temperaturę pokojową; podczas gdy rozpylanie jonów z powodu bombardowania jonów generuje ciepło, temperatura bazowa jest na ogół w zakresie150-500°CRóżnica ta umożliwia magnetronowe rozpylanie do dostosowania się do materiałów wrażliwych na ciepło, takich jak elastyczne folie PET i urządzenia MEMS - podczas odkładania elektrod Au na2 μmGęste dźwignie MEMS, magnetronowe rozpylanie tylko podnosi temperaturę bazową do80°C, a zgięcie wyciągu zmienia się tylko o00,1 μm; podczas gdy350°CWysoka temperatura rozpylania jonów spowoduje bezpośrednie zgięcie i uszkodzenie dźwigni.

Magnetron sputtering obsługuje różne tryby, takie jak sputtering współ i reakcyjne sputtering, i może przygotować różnego rodzaju folie, w tym ITO przezroczyste przewodzące folie, twarde folie TiN itp.,i skomplikowanych materiałów, takich jak ITO i TiNWykorzystanie sputteringu jonowego jest skuteczniejsze w przygotowaniu twardych powłok metalowych i ceramicznych, takich jak TiAlN i CrN, i ma ograniczenia w powłokach materiałów organicznych i stopów o niskim punkcie topnienia.Na przykład:W przypadku powlekania folii Cu na elastycznej płytce obwodowej ekranu telefonu komórkowego, rozpylanie magnetronowe może zostać zakończone w60°C, a odchylenie dźwigni stożkowej zmienia się tylko o00,1 μm; podczas gdy wysoka temperatura350°CW przypadku, gdy nie ma zastosowania żelaza, w przypadku gdy nie ma zastosowania żelaza, w przypadku gdy nie ma zastosowania żelaza, nie ma zastosowania żelaza.

Największą zaletą rozpylania magnetronowego jest jego stabilna produkcja i przystosowalność do niskich temperatur.Jego system sterowania zamkniętym pętlem może monitorować parametry takie jak grubość folii i skład gazu w czasie rzeczywistym, z błędem grubości folii kontrolowanym w zakresie± 0,1 nm, a wydajność może nadal utrzymać ponad99%dla30 kolejnych dniW tym samym czasie docelowy wskaźnik wykorzystania może osiągnąć60%-80%, oszczędzanie20%Jednakże technologia ta ma również ograniczenia: słaba wydajność otworu wypełniającego i słaba zdolność pokrycia stopnia,i nie jest tak jednolita jak rozpylanie jonów na złożonych krzywych powierzchniach; a struktura sprzętu jest złożona, z wyższymi kosztami początkowych inwestycji.

Wyjątkową cechą rozpylania jonowego jest jego super silna adhezja i elastyczność powierzchniowa.nawet jeśli kształt podłoża jest złożony (np. krawędź noża lub jamy pleśni)W badaniu odporności na zużycie powłoka TiN (2 μm(z wytrzymałością nieprzekraczającej 1 kWh)2 μmgrubości) pod1 kgtarcie obciążenia dla100, 000 razyma zużycie tylko0.2 μmJednakże wady rozpylania jonowego są również bardzo oczywiste: powolna szybkość osadzenia, co prowadzi do niskiej wydajności produkcji,wysoka temperatura podatna na uszkodzenie podłoża wrażliwego, oraz złożoną kontrolę parametrów procesu, z większym ryzykiem wprowadzenia zanieczyszczeń gazowych niż rozpylanie magnetronem.

Ze względu na jednolitość dużego obszaru i korzyści związane z osadzaniem się w niskich temperaturach, rozpylanie magnetronów jest szeroko stosowane w elektronice, optyce i nowych polach energetycznych:

• Przemysł elektroniczny: ITO przezroczyste folie przewodzące do ekranów wyświetleniowych, elektrody głowicy magnetycznej dysku twardego, folie Cu do płyt o elastycznych obrotach;
• Przemysł optyczny: folie antyrefleksyjne do soczewek okularów, folie antyrefleksyjne do osłon szkła telefonów komórkowych;
• Nowy przemysł energetyczny: aluminiowe podłoże do ogniw słonecznych, powłoka dla tablic elektrod baterii.20 nmgrube) przygotowane przez rozpylanie magnetronowe, przy czym odchylenie składnika jest kontrolowane w zakresie± 0,5%, spełnia wymagania wysokiej precyzji głowicy magnetycznej.

Super silne przyczepienie pokrycia jonowego sprawia, że jest to preferowany wybór do twardych powłok i złożonych powłok:

• Obróbka: ultra-twarde powłoki TiN i TiAlN do narzędzi i form cięcia mogą wydłużyć żywotność o3-10 razy;
• Przemysł dekoracyjny: odporne na zużycie folie dekoracyjne do sprzętu łazienkowego i wysokiej klasy zegarków, łączące piękno i trwałość;
• Kosmiczne: powłoki ochronne o wysokiej temperaturze dla łopatek silnika i przekładni, zdolne do wytrzymania temperatur powyżej800°C.

W przemyśle formy motoryzacyjnej powłoka TiAlN z pokrycia jonowego ma twardość3200HV, umożliwiając ciągłe drukowanie formy100, 000 razylub więcej bez wyraźnego zużycia.