Два гиганта мира тонких пленок: анализ основных различий между магнетронным распылением и ионным напылением

Суть магниторонного распыливания заключается в "совместном эффекте высокоэнергетической ионной бомбардировки + ограничения магнитного поля".в вакуумную камеру вводится инертный газ аргон, и плазма образуется посредством возбуждения электрического поля; затем аргоновые ионы ускоряются электрическим полем и бомбардируют поверхность целевого материала,"распыляя" атомы материала-мишениНаиболее важный момент заключается в том, что магнитное поле за мишенью свяжет электроны вблизи поверхности мишени, чтобы выполнить спиральное движение.значительное повышение эффективности ионизации газа аргон, и в конечном итоге позволяет распыляемым атомам целевого материала равномерно оседать на поверхности субстрата, образуя пленку.Эта конструкция "ускорение электрического поля + ограничение магнитного поля" решает проблемы медленной скорости производства и высокой температуры субстрата при традиционном распылении, став основной технологией для промышленного массового производства.

Ионное окрашивание представляет собой композитный процесс "испарения / распыливания + ионизации + ускорения электрического поля", известный как "комбинация вакуумного испарения и распыливания".Сначала, целевой материал образует газовые частицы посредством испарения или распыливания, затем эти частицы ионизируются светящимся разрядом в высокоэнергетические ионы; затем,под действием сильного электрического поля, эти ионы ускоряются к субстрату, не только очищая примеси на поверхности субстрата, но и образуя сильную связь с субстратом с высокой кинетической энергией.Этот метод ионизации отложения позволяет прыжок в прочности связи между слоем пленки и субстратом.

Сцепление является основным показателем для измерения долговечности пленочного слоя.3-10 Н/см, в то время как ионное покрытие может достигать5-15 Н/смНапример, при испытании осаждения алюминиевой пленки на стеклянных подложках адгезия ионного покрытия достигает12 Н/см, что более чем5 разЭто преимущество обусловлено эффектом распыливания ионов на субстрат, который может образовывать1-5 нмсмешанный переходный слой, достигающий "связи на атомном уровне" между слоем пленки и субстратом.

Скорость осаждения напрямую влияет на эффективность производства.10-100 нм/мин, а соединенные пленки -5-30 нм/минВ то время как скорость ионного покрытия, как правило, медленнее,5-50 нм/минНапример, в случае ITO пленки, используемой в дисплеях, магниторонный распылитель может завершить200 нмтолстое покрытие в1 час, в то время как ионное покрытие требует2-3 часаЭто связано с тем, что процесс ионизации потребляет часть энергии, что приводит к уменьшению количества эффективно откладываемых частиц.

В крупномасштабных сценариях покрытия однородность преимущества магниторонного распыливания особенно очевидна.Магнетроновое распыливание может контролировать отклонение толщины пленки субстратов большой площади внутри± 1%-5%, в то время как однородность ионного покрытия обычно± 3% - 7%Данные производства производителя дисплеев показывают, что для линии шестого поколения со стеклянным подложкой (1500 мм * 1800 мм), пленка ITO откладывается магниторонным распыливанием, причем однородность толщины достигает± 1%- урожайность непрерывного производства500 штукЭто так же высоко, как97%, значительно превышает85%Ионного распыливания.

Базовая температура является ключевым параметром, определяющим адаптивность процесса.и базовую температуру можно контролировать в пределахкомнатной температуры до 300°C, и некоторые процессы могут даже поддерживать комнатную температуру; в то время как ионное распыливание из-за ионной бомбардировки генерирует тепло, базовая температура обычно находится в диапазоне150-500°СЭто отличие позволяет магниторонному распыливанию адаптироваться к теплочувствительным материалам, таким как гибкие пленки ПЭТ и устройства MEMS - при отложении электродов Au на2 мкмтолстый MEMS подъемник, магниторонный распылитель только повышает температуру базы до80°C, и отклонение выступового подъема изменяется только на0.1 мкм; в то время как350°Свысокая температура ионного распыливания приведет к прямому изгибу и отказу.

Магнитронное распыливание поддерживает различные режимы, такие как ко-распыливание и реактивное распыливание, и может готовить различные типы пленок, включая прозрачные проводящие пленки ITO, твердые пленки TiN и т. д.и сложных материалов, таких как ITO и TiNИонное распыление более эффективно приготовляет металлические и керамические твердые покрытия, такие как TiAlN и CrN, и имеет ограничения при покрытии органических материалов и сплавов с низкой температурой плавления.Например,При нанесении пленки Cu на гибкую плату экрана мобильного телефона магниторонное распыление может быть завершено на60°C, и отклонение выступающего крылья меняется только на0.1 мкмВ то время как высокая температура350°СИонное распыление приводит к сжатию и деформации пленки ПЭТ и не применимо.

Наибольшее преимущество магниторонного распыливания заключается в его стабильной производственной способности и приспособляемости к низким температурам.Его система управления с закрытым контуром может контролировать такие параметры, как толщина пленки и состав газа в режиме реального времени, с ошибкой толщины пленки, контролируемой в пределах± 0,1 нм, и урожайность все еще может поддерживать над99%для30 дней подрядВ то же время целевой уровень использования может быть достигнут60%-80%, экономия20%Однако эта технология также имеет ограничения: плохая производительность заполнения отверстий и слабая способность покрытия шагов,и это не так равномерно, как ионное распыливание на сложных изогнутых поверхностях; а структура оборудования является сложной, с более высокими первоначальными затратами на инвестиции.

Выдающаяся особенность ионного распыливания заключается в его сверхсильной адгезии и адаптивности поверхности.даже если форма подложки сложна (например, режущий край ножа или полость формы)В испытании на износостойкость покрытие TiN (2 мкмтолщиной) ионного распыливания (2 мкмтолщиной) под1 кгтрение нагрузки для100Тысячу разобладает количеством износа только0.2 мкмОднако недостатки ионного распыливания также очень очевидны: медленная скорость осаждения, что приводит к низкой эффективности производства,высокая температура, способная повреждать чувствительные подложки, и сложный контроль параметров процесса, с более высоким риском введения газовых примесей, чем магниторонное распыливание.

Из-за его большой площади однородности и низкотемпературного осаждения преимущества, магниторонный распыление широко используется в электронике, оптике и новых энергетических областях:

• Электронная промышленность: ITO прозрачные проводящие пленки для экранов дисплеев, электроды магнитных голов на жестких дисках, пленки Cu для гибких плат;
• Оптическая промышленность: антиотражательные пленки для линз очков, антиотражательные пленки для стеклянных крышек мобильных телефонов;
• Новая энергетическая отрасль: алюминиевое поле для солнечных элементов, покрытие для электродов батареи.20 нмтолстый) приготовленный магниторонным распыливанием, с отклонением компонента, контролируемым в пределах± 0,5%, отвечает требованиям высокой точности магнитной головки.

Сверхсильная адгезия ионного покрытия делает его предпочтительным выбором для твердых покрытий и сложного покрытия деталей:

• Обработка: TiN, TiAlN сверхжесткие покрытия для режущих инструментов и форм, могут продлить срок службы3-10 раз;
• Декоративная промышленность: износоустойчивые декоративные пленки для оборудования для ванных комнат и высококлассных часов, сочетающие красоту и долговечность;
• Аэрокосмическая промышленность: высокотемпературные защитные покрытия для лопастей двигателей и редукторов, способные выдерживать температуры выше800°C.

В области автомобильной формы покрытие TiAlN ионного покрытия имеет твердость3200HV, позволяя форме непрерывно штамповать100Тысячу разили больше без очевидного износа.