什么是离子束辅助沉积 (IBAD)?

IBAD 的定义

在高真空环境中应用的物理气相沉积镀膜 (PVD) 的同时，用离子束直接轰击基材。这使得离子轰击参数能够与其他沉积参数完全分开进行控制，以实现最大的工艺控制。

IBAD基本技术有几个不同的名称，包括离子辅助沉积 (IAD)、离子辅助涂层 (IAC)、离子束增强沉积 (IBED)、离子束溅射 (IBS) 和离子气相沉积 (IVD)，但在行业中统称为 IBAD。

离子束有两种方式改变正在生长的薄膜的特性。当薄膜形成时，它会为最外层的原子层增加能量，从而影响微结构的硬度、密度和表面形态，从而实现更好的粘合和粘附。离子束还可以与气相沉积原子或背景反应气体反应形成新化合物。

无论离子束是通过溅射工艺还是电子束蒸发工艺应用，基本设置都是宽束离子源，它可以电离气体分子、蒸发或溅射固体或液体的源材料。然后，离子光学系统将具有高压或磁场的离子束聚焦并加速到目标材料或沉积在基板上的蒸发流中。

最高规格的IBAD还可以添加质量分析仪和石英晶体控制，以实现非常精准的过程控制。IBAD 用于需要非常严格地控制薄膜厚度的工艺环境。

图一：离子束辅助溅射原理图   

图二：离子束辅助电子束蒸发原理图           

离子束辅助沉积有什么用途？

IBAD 被广泛用于需要非常精确地调整反射率与薄膜密度的高质量光学薄膜涂层。

IBAD 能够沉积多种类型的陶瓷和金属涂层，例如金、银或铂，这些涂层用于与医疗植入物的生物相容性。可以产生银涂层，为植入物产生抗菌表面。

二氧化硅、氮化钛、氧化铝和氮化铝等陶瓷涂层主要用于增强耐磨性和耐用性。IBAD 还可用于制造类金刚石碳 (DLC) 涂层，这是目前地球上最硬的材料。

与传统溅射或热蒸发技术相比，离子束辅助沉积有哪些优势？

用离子束轰击正在生长的薄膜极大地提高了许多关键性能因素，包括密度、硬度和附着力，同时更好地控制了表面纹理和微观结构。尽管离子束仅勉强穿透生长膜的顶面原子，但离子束释放的离子使膜更致密，因为形成的微晶排列更紧密。

与更传统的沉积技术相比，薄膜中的柱状生长会导致柱之间的微结构中出现空隙，这种更致密的薄膜形成使 IBAD 具有更好的机械耐久性和环境稳定性，耐湿气和耐候性。

它还可以降低沉积材料的分散度，这对于银、金或铂等金属涂层来说可能是一笔巨大的开支。

离子束轰击基材的角度可用于影响薄膜表面的粗糙度和纹理，从而提高与基材和涂层之间的粘合强度。

离子轰击也可用于基材预清洁和蚀刻，以混合涂层和基材原子。这有助于在基材和涂层之间形成更平缓的过渡，从而获得更高的耐用性和更强的无应力粘合。

在使用 IBAD 进行沉积期间，基板温度范围可以在 15°C 到 300°C 之间。因为它可以在比其他薄膜沉积技术更低的温度下进行，IBAD 可以用于对温度更敏感的材料，例如塑料或聚碳酸酯镜片。

与传统的 PVD ​​工艺相比，IBAD 可能是一种更慢且更昂贵的沉积技术，但可以生产出最高质量的精密薄膜。这是一种可以自动化的沉积工艺，具有非常高的批次均匀性，从而减少了交付高质量薄膜所需的操作员监督时间。

IBAD 是许多应用的首选薄膜沉积工艺，这些应用需要精确的沉积厚度和对薄膜特性（如密度、粘合和耐久性）的高度控制。