3 Вакуумно-плазмова технологія

Розглянуті вище та всі інші традиційні методи одержання тонких плівок базуються на взаємодії низькоенергетичних атомів теплової енергії Е=0,1 еВ з підкладкою. На відміну від них, сучасні плазмові методи напилення базуються на взаємодії з підкладкою високоенергетичних іонів плазми з енергіями Е_і=1-10⁴ еВ. Такі іони значно активізують процес конденсації плівки з плазми на поверхні твердого тіла (підкладки). Збільшується кількість центрів конденсації атомів робочої речовини на підкладці, зростають рухомість атомів та щільність їх упаковки, густина, теплопровідність та електропровідність плівки. Більше того, високоенергетичні іони робочої речовини здатні проникати вглибину підкладки, створювати перехідний шар із атомів робочої речовини та підкладки і таким чином забезпечувати високе зчеплення (адгезію) плівки з підкладкою. Доходить до того, що при намаганні відірвати плівку від підкладки руйнується сама підкладка, а не перехідний шар чи плівка. Отже, плазмова технологія тонких плівок якісно нова. Відбувається вона найчастіше у вакуумі 110^-4 – 1 Па, тому здебільшого екологічно безпечна, на відміну від електролізу та інших хімічних методів одержання плівок. У вакуумі легко керувати енергією іонів та електронів плазми, тому доречно говорити про “вакуумно-плазмову технологію тонких плівок” на відміну від “плазмового напилення” покриття при атмосферних тисках плазмового потоку газу з порошком робочої речовини.

Плазма пари твердого тіла у вакуумі одержується за допомогою спеціальних пристроїв, серед яких найбільшого поширення набули плазмові випарники та магнетронні пристрої іонного розпорошення матеріалів. Усі вони використовують для генерації потоку плазми електричні розряди низького тиску.

Можливості вакуумно-плазмової технології значно зростають, якщо в потік пари робочої речовини додається хімічно активний газ (азот, кисень, метан, пропан, бутан). Такий метод називається реактивним вакуумно-плазмовим напиленням, коли одержуються не прості плівки, а нітриди, окисли, карбіди, бориди і т.д. В цьому випадку вакуумно-плазмові пристрої доповнюються натікачами хімічно активного газу (трубки, сопла, перфоровані трубчасті кільця тощо).

Частіше за все вакуумно-плазмові пристрої постачають на підкладку плазму з енергією іонів у одиниці-десятки електрон-вольтів ( Дж або 1 еВ еквівалентний температурі частинки в 11600 К). Проте існує різновид вакуумно-плазмових пристроїв, що генерують прискорені плазмові потоки з енергією іонів Е = 10²-10³ еВ. Такі пристрої мають ширші технологічні можливості, не потребують додаткового прискорення іонів на підкладку шляхом зміни її потенціалу і називаються “плазмовими прискорювачами з робочою речовиною у твердій фазі”.

Для вирішення конкретного технологічного завдання обирається найбільш достатній з перелічених вакуумно-плазмових пристроїв. Разом з тим поряд із пристроєм часто доводиться і вибирати конкретну послідовність технологічних операцій на пристрої та підкладку (технологічну карту процесу напилення).