¿Cómo funciona una máquina de recubrimiento de pulverización de magnetrón para depositar películas delgadas en sustratos?

El proceso de pulverización del magnetrón comienza en una cámara de vacío, donde se aplica un alto voltaje entre un material objetivo y la pared de la cámara. La cámara se llena con un gas inerte, típicamente argón, que se usa porque es químicamente inerte y no reacciona con el objetivo o el sustrato. El alto voltaje ioniza el gas, creando un plasma. El plasma consiste en iones cargados positivamente, electrones libres y partículas de gas neutras. El plasma sirve como medio a través del cual se aceleran los iones hacia el material objetivo, iniciando el proceso de pulverización.

Una vez que se establece el plasma, los iones en el plasma se aceleran hacia el material objetivo. El objetivo suele ser un metal, aleación o cerámica, elegido en función de las propiedades deseadas de la película delgada que se depositará. Cuando los iones plasmáticos de alta energía chocan con el material objetivo, desalojan los átomos de la superficie del objetivo a través de un proceso llamado pulverización. Estos átomos expulsados ​​son el material que formará la película delgada en el sustrato. El proceso de pulverización está altamente controlado, asegurando que solo los átomos del objetivo sean expulsados.

La característica distintiva de la pulverización del magnetrón es el uso de un campo magnético colocado detrás del material objetivo. El campo magnético mejora significativamente la eficiencia del proceso de pulverización. Atrapan los electrones cerca de la superficie objetivo, aumentando la densidad del plasma y promoviendo una mayor ionización del gas inerte. Esta mejora conduce a una mayor tasa de bombardeo de iones en el objetivo, mejorando la eficiencia de pulverización y la tasa de deposición. El plasma intensificado también contribuye a una mejor calidad de película, ya que da como resultado un proceso de pulverización más consistente y controlado, minimizando problemas como el envenenamiento objetivo o las impurezas materiales.

Los átomos que se expulsan del material objetivo viajan a través del plasma y eventualmente aterrizan en el sustrato, que se coloca frente al objetivo en la cámara de vacío. El sustrato puede ser cualquier material que requiera un revestimiento delgado, que incluya vidrio, metal o plástico. A medida que los átomos pulverizados alcanzan el sustrato, comienzan a condensarse y adherirse a la superficie, formando una capa de película delgada. Las propiedades de la película, como el grosor, la resistencia a la adhesión y la uniformidad, dependen de factores como el tiempo de deposición, la alimentación suministrada al objetivo y las condiciones de vacío en la cámara.

A medida que los átomos se acumulan en el sustrato, comienzan a unirse a la superficie, creando una película sólida. La película crece átomo por átomo, y sus características pueden verse influenciadas por los parámetros de deposición, como la presión del gas en la cámara, la temperatura del sustrato y la potencia aplicada al objetivo. La pulverización del magnetrón es particularmente favorecido para producir películas con alta uniformidad, suavidad y bajas tasas de defectos. La calidad de la película se puede adaptar para aplicaciones específicas, como lograr una alta dureza, transparencia óptica o conductividad eléctrica.

Máquina de recubrimiento con pulverización de magnetrón