Gaz deşarjı

Çok düşük basınçlarda gaz içeren vakum çemberinde, iki elektrot arasına dc voltajı uygulanırsa, aralarında küçük voltajda bir akım geçer ve çember üzerinde düzgün bir potansiyel oluşur. Voltaj arttıkça ışıldama deşarjı oluşur. Katot akım yoğunluğu, katot üzerinde sabit kalır ve katot bölgesi, saçılan malzemenin uyarılma spektrumundan dolayı katot malzemesinin karakteristiğini gösteren renkte hafif bir ışıldamaya sahip olur. Bu renk yüzeyin saçılarak temizlenmesiyle ortaya çıkan değişim ile gözlenebilir. Daha yüksek basınçlarda, katot bölgesinin tüm katodu kapattığı görülür. Bu normal bir ışıldama bölgesidir ve iyon kaplama, saçtırmanın yapıldığı bölgedir. 1000 dc voltajda kendi kendine devam eden dc diyot gaz deşarjını elde etmek için 10 µm Argon basıncı gerekir.
İyon kaplamada, film atomları direnç şeklinde ısıtılan filamandan oluşan deşarja enjekte edilir.
Film atomları burada;
a) Filamandan geri saçtırılabilir
b) Nötral olarak substrat üzerine katmanlanabilir
c) Elektron-atom çarpışmaları ile iyonize edilebilir ve substrata hızlandırılabilirler.
d) Buhar fazından negatif yüklü küçük parçacıklara yoğunlaştırılırlar ve pozitif yüklü yüzey üzerinde toplanırlar veya sistem duvarlarında kaybolabilirler.
3.4.2) İyon Bombardımanında Katmanlama
Gaz deşarjı sırasında oluşturulan film atomları yabancı parçacık gibi davranırlar ve deşarj parametrelerinde değişiklik gösterirler. Saçtırma, gelen atomun, yüzey atomunu sökmesidir. Yüksek kütle ve enerjili parçacıklar saçtırma oranını artırırlar. Parçacıkların 60º -70º açı ile yüzeye gelmeside saçtırma oranını artıracaktır. Eğer düşük saçtırma oranına sahip bir malzeme hedef yüzeye taşınırsa, bu malzeme üzerinde koni şeklinde bir ada oluşur. Kusurların konik şekle gelmesi ile, bombardımana maruz kalan yüzey bölgesinde noktasal kusurların artan bir konsantrasyonu görülür. Bu kusurlar, düşük enerjili helyum iyonlarının bırakılması ve tuzaklama ile incelmiştir.
Eğer yapı atomuna verilen enerji 25 eV'u aşarsa, yapı atomu bir ara yapıya geçer ve nokta kusuru oluşur. Eğer enerji 25 eV'un altında ise, tüm enerji ısıya dönüşür. Isısal enerji ve yer değiştirme kombinasyonu, atom kafesinde araya girmelerin ve boşlukların difüzyonunu sağlayacaktır, dolayısıyla kayma şebekesinin oluşumu gözlenecektir.
İyon bombardımanı ile oluşan kusurlar yeteri kadar hareketsiz ise yüzey kristalografisi amorf yapıya doğru bozulur. Bir yüzeyin iyonlarla bombardıman edilmesi, hem kristallerde hem de amorf yüzeylerde saçtırma oranını değiştiren ve sertliği artıran topoğrafik değişimlerin geniş bir çeşitliliğini gösterir. Gazların, oluşturulan filmde ya da yüzey yapısında birleşme yeteneği, mobiliteye, tuzak merkezlerine ve sıcaklığa bağlıdır. Genel olarak amorf malzemelerdeki gaz bileşimi yeteneği, kristal malzemelerden daha fazladır.
Substrat üzerine gönderilen parçacıklarının büyük bir kısmı yüzeyde ısı olarak açığa çıkar. Sisteme giren kütle sıcaklığını belirler ve enerji 25 eV'un üzerine çıkmasıyla denge konumlarından uzaklaşmaya başlarlar. İyon bombardımanı, geri tepme etkilerinden dolayı yüzey kompozisyonu değişimleri ile sonuçlanır. Yüzey bölgesinde difüzyon, oluşan kompozisyonun ve yüksek sıcaklığın varlığı difüzyonu destekler.
Daha fazla bilgi için:
Fiziksel Buhar Biriktirme
İnce film kaplama teknikleri
İyon kaplama
İyon tabancası