Os dois gigantes do mundo do filme fino: Uma análise das principais diferenças entre sputtering por magnetron e deposição iônica

A essência da pulverização de magnetrões é o "efeito colaborativo de bombardeio de iões de alta energia + restrição do campo magnético".É introduzido no vácuo o gás argônio inerte, e o plasma é formado através de uma excitação do campo elétrico; em seguida, os íons argônio são acelerados pelo campo elétrico e bombardeiam a superfície do material alvo,"espalhando" os átomos do material alvoO ponto mais crucial é que o campo magnético por trás do alvo vai ligar elétrons perto da superfície do alvo para realizar um movimento em espiral,Melhorar significativamente a eficiência de ionização do gás argônio, e, finalmente, permitindo que os átomos do material alvo pulverizados se depositem uniformemente na superfície do substrato para formar um filme.Este projeto "aceleração do campo elétrico + restrição do campo magnético" resolve os pontos problemáticos da taxa de produção lenta e da alta temperatura do substrato na pulverização tradicional, tornando-se a tecnologia central para a produção industrial em massa.

O revestimento iônico é um processo composto de "evaporação / pulverização + ionização + aceleração do campo elétrico", conhecido como a "combinação de evaporação a vácuo e pulverização".Primeiro, o material alvo forma partículas de gás através da evaporação ou pulverização, em seguida, estas partículas são ionizadas por descarga de brilho para íons de alta energia; posteriormente,sob a ação de um forte campo elétrico, estes íons são acelerados em direção ao substrato, não só limpando as impurezas na superfície do substrato, mas também formando uma ligação forte com o substrato com alta energia cinética.Este método de deposição de ionização permite um salto na força da ligação entre a camada de filme e o substrato.

Os dados experimentais mostram que a adesão das camadas de filme pulverizadas por magnetrão é geralmente entre3-10N/cm, enquanto o revestimento iônico pode atingir5-15N/cmPor exemplo, no ensaio de deposição de película de alumínio em substratos de vidro, a adesão do revestimento iônico atinge12 N/cm, que é superior a5 vezesA utilização de um sistema de vaporizador de água, que permite a evaporação de água, é muito mais eficaz do que a evaporação tradicional.1 a 5 nmCapa de transição mista, alcançando uma "ligação a nível atómico" entre a camada de filme e o substrato.

A taxa de deposição da película de metal do pulverizador de magnetrão é de10-100 nm/min, e a das películas compostas é5-30 nm/minA taxa de ionização é geralmente mais lenta.5-50 nm/minPor exemplo, no caso de uma película ITO utilizada em ecrãs de visualização, a pulverização por magnetrão pode completar um processo de200 nmrevestimento espesso1 hora, enquanto o revestimento iônico requer2-3 horasIsto ocorre porque o processo de ionização consome parte da energia, o que resulta numa redução do número de partículas efetivamente depositadas.

Em cenários de revestimento em larga escala, a vantagem da uniformidade do pulverizador de magnetrão é particularmente óbvia.A pulverização por magnetrão pode controlar o desvio da espessura do filme de substratos de grande área dentro de± 1% a 5%, enquanto a uniformidade do revestimento iônico é geralmente± 3% a 7%Os dados de produção de um fabricante de painéis de exibição mostram que, para a linha de 6a geração com um substrato de vidro (1500 mm * 1800 mm), o filme ITO é depositado por pulverização por magnetrão, com a uniformidade de espessura a atingir± 1%O rendimento da produção contínua de500 peçasé tão elevado quanto97%, muito superior ao85%de pulverização iônica.

A temperatura de base é um parâmetro chave que determina a adaptabilidade do processo.e a temperatura de base pode ser controlada dentro detemperatura ambiente a 300°C, e alguns processos podem até manter a temperatura ambiente; enquanto o pulverização de íons devido ao bombardeio de íons gera calor, a temperatura de base é geralmente na faixa de150-500°CEsta diferença permite ao pulverizador de magnetrão adaptar-se a materiais sensíveis ao calor, tais como filmes flexíveis de PET e dispositivos MEMS - quando se depositam elétrodos Au num2 μmespessa MEMS em voga, magnetron pulverizando apenas eleva a temperatura de base para80°C, e a deflexão do cantilever muda apenas em0.1 μm■ enquanto o350°CA alta temperatura de pulverização de íons fará com que o cantilever se dobre e falhe.

A pulverização por magnetrão suporta vários modos, como a pulverização conjunta e a pulverização reativa, e pode preparar vários tipos de filmes, incluindo filmes condutivos transparentes de ITO, filmes duros de TiN, etc.,e materiais complexos como o ITO e o TiNA pulverização iônica é mais eficaz na preparação de revestimentos duros metálicos e cerâmicos, tais como TiAlN e CrN, e tem limitações no revestimento de materiais orgânicos e ligas de baixo ponto de fusão.Por exemplo:, quando se reveste de película de Cu na placa de circuito flexível do ecrã do telemóvel, o pulverizador de magnetrão pode ser completado a60°C, e a deflexão do cantilever muda apenas em0.1 μmA alta temperatura de350°CA utilização de poluição por iões causará o encolhimento e a deformação da película PET e não é aplicável.

A maior vantagem da pulverização por magnetrão reside na sua produção estável e adaptabilidade a baixas temperaturas.O seu sistema de controlo de circuito fechado pode monitorizar parâmetros como espessura da película e composição do gás em tempo real, com um erro de espessura da película controlado no± 0,1 nm, e o rendimento ainda pode manter sobre99%para30 dias consecutivosA taxa de utilização alvo pode, ao mesmo tempo, ser atingida.60% a 80%, poupança20%No entanto, esta tecnologia tem também limitações: mau desempenho do buraco de enchimento e fraca capacidade de cobertura de passo,e não é tão uniforme como o pulverização de íons em superfícies curvas complexasA estrutura do equipamento é complexa, com um custo de investimento inicial mais elevado.

O efeito de bombardeamento de íons permite que a camada de filme penetre nos minúsculos poros do substrato,mesmo que a forma do substrato seja complexa (como a ponta de corte de uma faca ou a cavidade do molde)No ensaio de resistência ao desgaste, o revestimento de TiN (2 μm- a utilização de um sistema de poluição por iões (2 μmespessura) sob um1 kgatrito de carga para100Mil vezes.tem uma quantidade de desgaste de apenas0.2 μmNo entanto, as desvantagens do pulverizador iônico são igualmente muito óbvias: taxa de deposição lenta que resulta numa baixa eficiência de produção,Temperatura elevada propensa a danificar substratos sensíveis, e controlo complexo dos parâmetros de processo, com um risco maior de introdução de impurezas de gás do que o pulverizador por magnetrão.

Devido à sua grande uniformidade de área e vantagens de deposição a baixa temperatura, o pulverização por magnetrão é amplamente utilizado em eletrônica, óptica e novos campos de energia:

• Indústria electrónica: filmes condutivos transparentes para ecrãs de visualização, elétrodos de cabeça magnética de disco rígido, filmes de Cu para placas de circuitos flexíveis;
• Indústria óptica: filmes anti-reflexos para lentes de óculos, filmes anti-reflexos para capas de vidro de telemóveis;
• A produção em massa de um determinado fabricante de discos rígidos mostra que a película de liga de Ni-Fe (20 nmde espessura) preparada por pulverização por magnetrão, com o desvio dos componentes controlado dentro de± 0,5%, satisfaz os requisitos de alta precisão da cabeça magnética.

A super forte adesão do revestimento iônico torna-o a escolha preferida para revestimentos duros e revestimento de peças de trabalho complexas:

• Processamento: os revestimentos ultra-duro TiN, TiAlN para ferramentas de corte e moldes, podem prolongar a vida útil3 a 10 vezes;
• Indústria da decoração: filmes decorativos resistentes ao desgaste para equipamentos de banheiro e relógios de luxo, que combinam beleza e durabilidade;
• Aeronáutica: Revestimentos de proteção de altas temperaturas para pás e engrenagens de motores, capazes de suportar temperaturas superiores a800°C.

No campo dos moldes automotivos, o revestimento de TiAlN de revestimento iônico tem uma dureza de3200HV, permitindo que o molde para estampar continuamente100Mil vezes.ou mais sem desgaste evidente.