Los dos gigantes del mundo de la película delgada: un análisis de las diferencias fundamentales entre el pulverizador de magnetrones y el revestimiento iónico

La esencia del pulverizador de magnetrones es el "efecto colaborativo del bombardeo de iones de alta energía + restricción del campo magnético".se introduce gas argón inerte en la cámara de vacío, y el plasma se forma a través de una excitación del campo eléctrico; luego los iones de argón son acelerados por el campo eléctrico y bombardean la superficie del material objetivo,"aplastando" los átomos del material objetivoEl punto más crucial es que el campo magnético detrás del objetivo unirá electrones cerca de la superficie del objetivo para realizar un movimiento en espiral,Mejora significativa de la eficiencia de ionización del gas argón, y finalmente permite que los átomos del material objetivo pulverizado se depositen uniformemente en la superficie del sustrato para formar una película.Este diseño de "aceleración del campo eléctrico + restricción del campo magnético" resuelve los puntos débiles de la tasa de producción lenta y la alta temperatura del sustrato en la pulverización tradicional, convirtiéndose en la tecnología central para la producción industrial en masa.

El revestimiento iónico es un proceso compuesto de "evaporación / pulverización + ionización + aceleración del campo eléctrico", conocido como la "combinación de evaporación al vacío y pulverización".Primero, el material objetivo forma partículas de gas mediante evaporación o pulverización, luego estas partículas se ionizan mediante descarga de brillo a iones de alta energía; posteriormente,bajo la acción de un fuerte campo eléctrico, estos iones se aceleran hacia el sustrato, no sólo limpiando las impurezas en la superficie del sustrato, sino que también forman un fuerte enlace con el sustrato con alta energía cinética.Este método de deposición de ionización permite un salto en la fuerza de unión entre la capa de película y el sustrato.

La adherencia es el indicador principal para medir la durabilidad de la capa de película.3-10N/cm, mientras que el revestimiento iónico puede alcanzar5-15N/cmPor ejemplo, en el ensayo de la deposición de película de aluminio sobre sustratos de vidrio, la adhesión del revestimiento iónico alcanza12 N/cm, que es más de5 vecesEl efecto de pulverización de los iones en el sustrato, que puede formar un polvo, es una ventaja que no se desprende fácilmente, incluso después de una fricción repetida.1 a 5 nmuna capa de transición mixta, logrando un "vínculo a nivel atómico" entre la capa de película y el sustrato.

La velocidad de deposición de la película metálica del pulverizador de magnetrones es10-100 nm/min, y la de las películas compuestas es5-30nm/minEn la actualidad, la tasa de ionización es generalmente más lenta.5 a 50 nm/minPor ejemplo, en el caso de la película de ITO utilizada en pantallas de visualización, el pulverizado por magnetrones puede completar un200 nmcon revestimiento grueso en1 hora, mientras que el revestimiento iónico requiereEntre 2 y 3 horasEsto se debe a que el proceso de ionización consume parte de la energía, lo que resulta en una reducción del número de partículas efectivamente depositadas.

En los escenarios de recubrimiento a gran escala, la ventaja de uniformidad del pulverizador de magnetrones es particularmente obvia.La pulverización por magnetrones puede controlar la desviación del grosor de la película de los sustratos de gran superficie dentro de± 1% a 5%, mientras que la uniformidad del revestimiento iónico es generalmente± 3% a 7%Los datos de producción de un fabricante de paneles de visualización muestran que para la línea de sexta generación con un sustrato de vidrio (Las medidas de seguridad se aplicarán en el caso de los vehículos eléctricos.), la película ITO se deposita por pulverización por magnetrones, con una uniformidad de espesor que alcanza los± 1%El rendimiento de la producción continua de500 piezases tan alto comoEl 97%, muy superior a laEl 85%de pulverización iónica.

La temperatura de base es un parámetro clave que determina la adaptabilidad del proceso.y la temperatura de base puede ser controlada dentro detemperatura ambiente hasta 300°C, y algunos procesos pueden incluso mantener la temperatura ambiente; mientras que la pulverización iónica debido al bombardeo de iones genera calor, la temperatura de base generalmente está en el rango de150 a 500 °CEsta diferencia permite que el pulverizador de magnetrones se adapte a materiales sensibles al calor, como las películas flexibles de PET y los dispositivos MEMS, cuando se depositan electrodos Au en un2 μmel pulverizador de magnetrones sólo eleva la temperatura de base a80 °C, y la desviación del voladizo cambia sólo en0.1 μm- mientras que el350 °CLa alta temperatura de pulverización iónica hará que el voladizo se doble directamente y falle.

La pulverización por magnetrón admite varios modos, como la pulverización conjunta y la pulverización reactiva, y puede preparar varios tipos de películas, incluidas las películas conductoras transparentes ITO, las películas duras TiN, etc.y materiales complejos como ITO y TiNLa pulverización iónica es más eficaz en la preparación de recubrimientos duros metálicos y cerámicos, como el TiAlN y el CrN, y tiene limitaciones en el recubrimiento de materiales orgánicos y aleaciones de bajo punto de fusión.Por ejemplo:, cuando se recubre una película de Cu en la placa de circuito flexible de la pantalla del teléfono móvil, el pulverización por magnetrón puede completarse a60 °C, y la desviación del voladizo cambia sólo en0.1 μmEn el caso de los350 °CLa aplicación de la técnica de pulverización iónica hará que la película de PET se contraiga y deforme, y no es aplicable.

La mayor ventaja del pulverizador de magnetrones radica en su producción estable y su adaptabilidad a bajas temperaturas.Su sistema de control de circuito cerrado puede controlar en tiempo real parámetros como el grosor de la película y la composición del gas, con un error de espesor de película controlado dentro de± 0,1 nm, y el rendimiento todavía puede mantener másEl 99%para30 días consecutivosEn la actualidad, el número de puestos de trabajo en el sector de la construcción se ha reducido a unEntre el 60% y el 80%, ahorroEl 20%Sin embargo, esta tecnología también tiene limitaciones: bajo rendimiento del agujero de llenado y capacidad de cobertura de paso débil,y no es tan uniforme como la pulverización de iones en superficies curvas complejasLa estructura de los equipos es compleja, con un coste de inversión inicial más elevado.

El efecto de bombardeo iónico permite que la capa de película penetre en los pequeños poros del sustrato.incluso si la forma del sustrato es compleja (como el filo de corte de un cuchillo o la cavidad del molde)En el ensayo de resistencia al desgaste, el revestimiento de TiN (2 μmEl objetivo de la presente investigación es:2 μmde espesor) debajo de un1 kgfricción de carga para100, 000 vecestiene una cantidad de desgaste de sólo0.2 μmSin embargo, las deficiencias del pulverizador iónico también son muy evidentes: velocidad de deposición lenta que resulta en una baja eficiencia de producción,altas temperaturas propensas a dañar los sustratos sensibles, y un control complejo de los parámetros del proceso, con un mayor riesgo de introducción de impurezas de gas que la pulverización por magnetrones.

Debido a su gran uniformidad de área y ventajas de deposición a baja temperatura, el pulverización de magnetrones se utiliza ampliamente en electrónica, óptica y nuevos campos de energía:

• Industria electrónica: películas conductoras transparentes ITO para pantallas de visualización, electrodos de cabeza magnética de disco duro, películas de Cu para placas de circuitos flexibles;
• Industria óptica: películas antirreflectantes para lentes de gafas, películas antirreflectantes para cubiertas de vidrio de teléfonos móviles;
• El caso de producción en serie de cierto fabricante de discos duros muestra que la película de aleación de Ni-Fe (20 nmespeso) preparado por pulverización por magnetrones, con la desviación del componente controlada dentro de± 0,5%, cumple con los requisitos de alta precisión de la cabeza magnética.

La adhesión súper fuerte del revestimiento iónico lo convierte en la opción preferida para revestimientos duros y revestimiento de piezas complejas:

• Mecanizado: TiN, TiAlN revestimientos ultra duros para herramientas de corte y moldes, pueden prolongar la vida útil3 a 10 veces;
• Industria de la decoración: películas decorativas resistentes al desgaste para equipos de baño y relojes de alta gama, que combinan belleza y durabilidad;
• Aeroespacial: recubrimientos protectores de altas temperaturas para las palas y engranajes de los motores, capaces de soportar temperaturas superiores a800 °C.

En el campo del molde automotriz, el recubrimiento de TiAlN del revestimiento iónico tiene una dureza de3200HV, lo que permite que el molde para estampar continuamente100, 000 veceso más sin desgaste obvio.