Metoda Placarii Ionice

Metoda Placarii Ionice

Termenul de placare ionica a fost introdus pentru a defini procesul de depunere a straturilor subtiri in care substratul este supus unui bombardament intens cu ioni inaintea si in timpul depunerii, mai exact substratul este supus bombardamentului cu ioni ai gazului de lucru in timpul depunerii. Ionizarea materialului de depunere se obtine prin trecerea materialului evaporat prin plasma descarcarii luminiscente, stabilita intre sursa de evaporare termica (cu rol de anod) si substrat (cu rol de catod).

Metoda placarii ionice tip Mattox sub forma Placarii Ionice Reactive (Reactive Ion Plating) a fost utilizata initial pentru realizarea depunerii de nitrura de titan prin evaporarea termica a titanului dintr-o sursa de evaporare termica (tun electronic), in prezenta unei descarcari luminiscente cu atmosfera de Ar si N₂, stabilita intre evaporator, ce constituie anodul, si substrat, ce constituie catodul descarcarii.

In plasma descarcarii luminiscente, stabilita intre anod (evaporatori) si catod (substrat) se produce ionizarea unui numar (relativ redus) de vapori de material (de Ti), obtinuti prin evaporare, precum si unor atomi de gaz inert si de gaz reactant. Acesti ioni pozitivi accelerati de potentialul negativ al substratului va supune substratul unui bombardament lejer si alaturi de atomii de metal depusi pe strat vor asigura depunerea unor pelicule cu o aderenta si o structura imbunatatita.

Termenul de placare ionica trebuie sa cuprinda toate variantele metodelor de depunere a straturilor subtiri, in care o parte insemnata din particulele din material, sau de gaz reactant, ajung la substrat in stare ionizata si intra in compozitia peliculei depuse, alaturi de particulele ce ajung in stare neutra. Cat de ,,insemnat'' trebuie sa fie procentul particulelor ajunse la substrat in stare ionizata din totalul particulelor ce ajung la acesta, pentru ca procesul sa tina cont de existenta efectelor specifice procesului de placare ionica asupra posibilitatilor de acoperire a pieselor pe fetelor ascunse si opuse directiei normale de deplasare a particulelor.

Asadar pentru ionizarea partiala a materialului de depunere se utilizeaza :

a)       introducerea materialului de depunere si eventual, a gazului reactant intr-o descarcare luminiscenta, utilizand plasma pentru ionizarea acestuia

b)       bombardarea particulelor de depunere cu electronii obtinuti prin emisie termoelectronica

c)   generarea materialului de depunere prin procese intense cum ar fi:

pulverizarea si evaporarea in plasma descarcarii in arc electric

evaporarea cu fascicul laser etc.

In functie de locul de generare a particulelor ionizate de depunere, metoda placarii ionice poate fi:

cu generarea particulelor ionizate de depunere in spatiul tehnologic de lucru;

cu generarea particulelor ionizate de depunere in afara spatiului tehnologic de lucru.

Clasificarea metodelor de depunere prin placare Mattox

Prima metoda de depunere prin placare ionica se poate clasifica in functie de modul de generare a materialului de depunere si de modul de ionizare a acestuia in:

1) Procese tip PVD asistate de plasma

a) Placare ionica de tip Mattox (Placare ionica sustinuta de evaporare termica rezistiva si asistata de plasma descarcarii luminiscente)

b)    Placarea ionica reactiva (Reactive Ion Plating)

c) Evaporarea reactiva activata (Activated Evaporation Process)

d)    Placarea ionica reactiva activata (Activated Reactive Ion Plating)

2) Procese intense de evaporare in arc electric cu ionizarea concomitenta a materialului de depunere

a) Placare ionica prin evaporare cu arc termoionic (Themionic Arc Evaporation)

b)    Placare ionica cu evaporare prin descarcare cu catod cavitar (Hot Halow Cathode Discharge Evaporation)

c) Placare ionica prin evaporare cu arc catodic punctual (Cathode Spot Arc Evaporation)

Procese tip PVD sau Sputtering asistate de emisie termoelectronica

a) Placare ionica cu clusteri (Cluster Ion Plating)

b)    Placare ionica cu pulverizare magnetron asistata de emisie termoelectronica.

4) Procese tip CVD asistate de plasma

a) Depunerea prin plasma a peliculelor subtiri anorganice

b)    Polimerizarea prin descarcare luminiscenta

5) Alte tipuri de procese de placare ionica

a) Placarea ionica prin pulverizare speciala

b)    Placarea ionica prin evaporare cu fascicul laser.

Cea de-a doua metoda de depunere prin placare ionica, cu generarea particulelor ionizate de depunere in afara spatiului tehnologic propriu-zis, denumita in literatura de specialitate ca ,,Depunere cu Fascicule de Ioni'' (Ion Beam Deposition), utilizeaza surse cu fascicule de ioni de tip Kaufman si duoplasmatron.

Prezenta ionilor de material intre particulele care se depun pe substrat asigura placarii ionice urmatoarele particularitati esentiale:

a) posibilitatea curatirii prin pulverizare a substratului inaintea depunerii

b) patrunderea ionilor de metal in profunzimea substratului, pe adancimi de pana la

cativa microni

c) posibilitatea acoperirii pieselor cu o configuratie geometrica complicata

d) depunerea dirijata si eficienta a materialului de depunere.

Depunerile obisnuite in vid (prin evaporare sau pulverizare) permit acoperirea numai pe o singura fata a substratului. Datorita ionizarii partiale a particulelor de depunere si datorita deplasarilor spre substrat in camp electric si cu ciocniri pe parcurs se produce o dispersare si o depunere a acestora atat pe fata dinspre sursa care genereaza particule de depunere, cat si pe fata opusa a acesteia. Dispersarea particulelor ionizate permite de asemenea ca prin placare ionica sa poata fi acoperite piese cu suprafete neregulate, precum si interioarele pieselor tubulare.