เทคโนโลยีการเคลือบสูญญากาศPVD เป็นเทคนิคที่ใช้หลักการทางกายภาพในการระเหยพื้นผิวของแหล่งกำเนิดวัสดุเป็นอะตอม โมเลกุล หรือไอออนภายใต้สภาวะสุญญากาศ และเคลือบฟิล์มบางที่มีหน้าที่พิเศษเฉพาะบนพื้นผิวของวัสดุ เทคโนโลยีการเคลือบของอุปกรณ์เคลือบสุญญากาศแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักๆ ได้แก่ การเคลือบด้วยไอ การสปัตเตอร์ และการชุบไอออน เทคโนโลยีการเคลือบด้วยการระเหยมี 3 ประเภท ได้แก่ การระเหยด้วยความต้านทาน การระเหยด้วยลำแสงอิเล็กตรอน และการระเหยด้วยความร้อนเหนี่ยวนำ
เทคโนโลยีการเคลือบในอุปกรณ์เคลือบสูญญากาศมี 3 ทิศทางหลัก ได้แก่ เทคโนโลยีการเคลือบแบบระเหย เทคโนโลยีการเคลือบแบบไอออน และอุปกรณ์เคลือบแบบสปัตเตอร์แมกนีตรอน เทคโนโลยีการเคลือบแต่ละแบบมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกัน และพื้นผิวและเป้าหมายที่แตกต่างกันก็เคลือบด้วยเทคโนโลยีการเคลือบที่แตกต่างกัน
เทคโนโลยีการเคลือบด้วยการระเหยด้วยความต้านทานใช้เทคโนโลยีการเคลือบด้วยการระเหยของแหล่งระเหยความร้อนด้วยความต้านทาน ซึ่งโดยทั่วไปใช้สำหรับการระเหยของวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น อะลูมิเนียม ทอง เงิน สังกะสีซัลไฟด์ แมกนีเซียมฟลูออไรด์ โครเมียมไตรออกไซด์ เป็นต้น ตัวต้านทานความร้อนโดยทั่วไปทำจากทังสเตน โมลิบดีนัม แทนทาลัม เป็นต้น ข้อดีที่ไม่เหมือนใคร โครงสร้างเรียบง่าย และต้นทุนต่ำ ข้อเสีย: วัสดุมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับเบ้าหลอม ส่งผลต่อความบริสุทธิ์ของฟิล์มบาง และไม่สามารถระเหยฟิล์มบางไดอิเล็กตริกที่มีจุดหลอมเหลวสูงได้ อัตราการระเหยต่ำ
การชุบด้วยรังสีอิเล็กตรอนแบบต้านทานการระเหยเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ความร้อนด้วยรังสีอิเล็กตรอนความเร็วสูงในการทำให้วัสดุระเหยและระเหย จากนั้นจึงควบแน่นเป็นฟิล์มบนพื้นผิวของสารตั้งต้น ความหนาแน่นของพลังงานของแหล่งความร้อนด้วยรังสีอิเล็กตรอนสามารถสูงถึง 104-109w/cm2 และสูงถึง 3,000 องศา สามารถระเหยโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงหรือวัสดุไดอิเล็กตริก เช่น ทังสเตน โมลิบดีนัม เจอร์เมเนียม SiO2, AL2O3 เป็นต้น
หลักการสำคัญของการระเหยของลำแสงอิเล็กตรอนคือ ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูง อิเล็กตรอนพลังงานสูงที่ปล่อยออกมาจากปืนอิเล็กตรอนจะโจมตีพื้นผิวของวัสดุเป้าหมายภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก โดยแปลงพลังงานจลน์เป็นพลังงานความร้อน วัสดุเป้าหมายจะร้อนขึ้น หลอมละลาย หรือระเหยโดยตรง ทำให้เกิดฟิล์มบางๆ บนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์
มีแหล่งสะสมไอสำหรับให้ความร้อนด้วยลำแสงอิเล็กตรอนอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ ปืนอิเล็กตรอนแบบตรงและปืนอิเล็กตรอนแบบ e (แบบวงกลมเช่นกัน) ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาจากแหล่งและโฟกัสและเบี่ยงเบนโดยขดลวดสนามแม่เหล็กเพื่อโจมตีและให้ความร้อนแก่วัสดุฟิล์ม ข้อดีของปืนอิเล็กตรอน ได้แก่ ความสามารถในการระเหยวัสดุใดๆ ก็ได้ ฟิล์มมีความบริสุทธิ์สูง การกระทำโดยตรงบนพื้นผิวของวัสดุ และประสิทธิภาพความร้อนสูง ข้อเสียของปืนอิเล็กตรอน ได้แก่ โครงสร้างที่ซับซ้อน ต้นทุนสูง การสลายตัวของสารประกอบได้ง่ายระหว่างการสะสม และความไม่สมดุลของสารเคมี
การระเหยด้วยความร้อนเหนี่ยวนำเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ความร้อนเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงในการทำให้วัสดุกลายเป็นไอและระเหย โดยควบแน่นวัสดุเหล่านี้ให้เป็นฟิล์มบนพื้นผิวของสารตั้งต้น ข้อดีของเทคโนโลยีนี้ได้แก่ อัตราการระเหยที่สูง ซึ่งอาจสูงกว่าแหล่งระเหยแบบต้านทานประมาณ 10 เท่า อุณหภูมิของแหล่งระเหยจะคงที่ ทำให้มีโอกาสกระเซ็นน้อยลง อุณหภูมิของเบ้าหลอมจะต่ำ และวัสดุของเบ้าหลอมจะเกิดการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนน้อยลง ข้อเสียคือ ต้องมีการป้องกันอุปกรณ์ระเหย ต้นทุนสูง และอุปกรณ์ที่ซับซ้อน
แม้ว่าหลักการของเทคโนโลยีการเคลือบด้วยการระเหยทั้งสามนี้สำหรับอุปกรณ์เคลือบสูญญากาศจะเหมือนกัน แต่ทั้งหมดใช้เทคโนโลยีการระเหยที่อุณหภูมิสูงเพื่อทำให้วัสดุสำหรับการเคลือบกลายเป็นไอ อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมที่ใช้นั้นแตกต่างกัน และวัสดุเคลือบและพื้นผิวก็มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันด้วย
การระเหยด้วยความร้อนเหนี่ยวนำความถี่สูงเป็นกระบวนการวางเบ้าหลอมที่มีวัสดุเคลือบที่ศูนย์กลางของขดลวดเกลียวความถี่สูง ทำให้วัสดุเคลือบสร้างกระแสวนที่รุนแรงและเอฟเฟกต์ฮิสเทอรีซิสภายใต้การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง ส่งผลให้ชั้นฟิล์มได้รับความร้อนจนกระทั่งระเหยและระเหย แหล่งระเหยโดยทั่วไปประกอบด้วยขดลวดความถี่สูงที่ระบายความร้อนด้วยน้ำและเบ้าหลอมกราไฟต์หรือเซรามิก (แมกนีเซียมออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ โบรอนออกไซด์ ฯลฯ) แหล่งจ่ายไฟความถี่สูงใช้ความถี่ 10,000 ถึงหลายแสนเฮิรตซ์ โดยมีกำลังไฟฟ้าเข้าหลายถึงหลายร้อยกิโลวัตต์ ยิ่งปริมาตรวัสดุเมมเบรนเล็กเท่าไร ความถี่เหนี่ยวนำก็จะยิ่งสูงขึ้น ความถี่ขดลวดเหนี่ยวนำมักผลิตโดยใช้ท่อทองแดงที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ ข้อเสียของวิธีการระเหยด้วยความร้อนเหนี่ยวนำความถี่สูงคือไม่ง่ายที่จะปรับกำลังไฟฟ้าเข้าให้ละเอียด มีข้อดีดังต่อไปนี้:
1. อัตราการระเหยสูง:
2. อุณหภูมิของแหล่งระเหยมีความสม่ำเสมอและเสถียร และไม่เกิดการกระเซ็นของหยดชุบได้ง่าย
3. การโหลดแหล่งระเหยเพียงครั้งเดียว การควบคุมอุณหภูมิค่อนข้างง่าย และการใช้งานก็ง่ายดาย
ข้อดีของเทคโนโลยีการเคลือบแมกนีตรอนสปัตเตอร์มีดังต่อไปนี้
1. อัตราการตกตะกอนสูง เนื่องจากการใช้ขั้วไฟฟ้าแมกนีตรอนความเร็วสูง จึงสามารถรับกระแสไอออนขนาดใหญ่ได้ ทำให้ปรับปรุงอัตราการตกตะกอนและอัตราการสปัตเตอร์ของกระบวนการเคลือบนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการเคลือบแบบสปัตเตอร์อื่นๆ การสปัตเตอร์แมกนีตรอนมีกำลังการผลิตและผลผลิตสูง และใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอุตสาหกรรมต่างๆ
2. ประสิทธิภาพพลังงานสูง เป้าหมายการสปัตเตอร์แมกนีตรอนโดยทั่วไปจะเลือกแรงดันไฟฟ้าในช่วง 200V-1000V โดยทั่วไปคือ 600V เนื่องจากแรงดันไฟฟ้า 600V อยู่ในช่วงประสิทธิภาพพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุด
พลังงานการสปัตเตอร์ต่ำ แรงดันไฟฟ้าต่ำที่ใช้กับเป้าหมายแมกนีตรอนและสนามแม่เหล็กจะจำกัดพลาสมาไว้ใกล้กับแคโทด ซึ่งสามารถป้องกันไม่ให้อนุภาคที่มีประจุพลังงานสูงตกกระทบกับพื้นผิว
3. อุณหภูมิของพื้นผิวต่ำ อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นระหว่างการคายประจุแบบอะโนดิกสามารถนำไปใช้ได้โดยไม่ต้องใช้สายดินรองรับพื้นผิว ซึ่งสามารถลดปริมาณอิเล็กตรอนที่พุ่งเข้าใส่พื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น อุณหภูมิของพื้นผิวจึงค่อนข้างต่ำ ทำให้เหมาะเป็นอย่างยิ่งสำหรับการเคลือบพื้นผิวพลาสติกบางชนิดที่ไม่ทนต่ออุณหภูมิสูงมากนัก
การกัดที่ไม่สม่ำเสมอบนพื้นผิวของเป้าหมายการสปัตเตอร์แมกนีตรอน การกัดที่ไม่สม่ำเสมอบนพื้นผิวของเป้าหมายการสปัตเตอร์แมกนีตรอนเกิดจากสนามแม่เหล็กเป้าหมายที่ไม่เท่ากัน ส่งผลให้มีอัตราการกัดที่สูงขึ้นที่ตำแหน่งเฉพาะของเป้าหมายและอัตราการใช้ประโยชน์ที่มีประสิทธิภาพของวัสดุเป้าหมายที่ต่ำลง (อัตราการใช้ประโยชน์เพียง 20% -30%) ดังนั้น เพื่อปรับปรุงอัตราการใช้ประโยชน์ของวัสดุเป้าหมาย จึงจำเป็นต้องเปลี่ยนการกระจายของสนามแม่เหล็กผ่านวิธีการบางอย่าง หรือใช้แม่เหล็กเพื่อเคลื่อนที่ในแคโทด ซึ่งสามารถปรับปรุงอัตราการใช้ประโยชน์ของวัสดุเป้าหมายได้เช่นกัน
4. เป้าหมายแบบผสม สามารถผลิตฟิล์มโลหะผสมเคลือบเป้าหมายแบบผสมได้ ปัจจุบัน ฟิล์มโลหะผสม Ta Ti, (Tb Dy) - Fe และ Gb Co ได้รับการสะสมสำเร็จแล้วโดยใช้เทคโนโลยีการสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบผสม เป้าหมายแบบผสมมีโครงสร้าง 4 ประเภท ได้แก่ เป้าหมายแบบฝังแบบวงกลม เป้าหมายแบบฝังแบบสี่เหลี่ยม เป้าหมายแบบฝังแบบสี่เหลี่ยมเล็ก และเป้าหมายแบบฝังแบบรูปพัด โดยโครงสร้างเป้าหมายแบบฝังแบบรูปพัดให้ผลการใช้งานที่ดีที่สุด
5. ขอบเขตการใช้งานที่กว้างขวาง กระบวนการสปัตเตอร์แมกนีตรอนสามารถสะสมธาตุต่างๆ ได้มากมาย รวมถึง Ag, Au, C, Co, Cu, Fe, Ge, Mo, Nb, Ni, Os, Cr, Pd, Pt, Re, Rh, Si, Ta, Ti, Zr, SiO, Al2O, GaAs, U, W, SnO เป็นต้น
เทคโนโลยีการเคลือบไอออนสูญญากาศ
เทคโนโลยีการชุบไอออนสูญญากาศ(ย่อว่า ion plating) ได้รับการพัฒนาโดย D M. Mattox ได้รับการเสนอและนำไปปฏิบัติจริงในปี 1963 โดยเป็นเทคโนโลยีการเคลือบที่ผสมผสานการระเหยและการสปัตเตอร์ เทคโนโลยีนี้ใช้การยิงไอออน ซึ่งจะทำให้วัสดุที่เคลือบหรือชิ้นงานร้อนจนหลอมละลาย และใช้การยิงไอออนพลังงานสูงเพื่อเคลือบฟิล์มบางของโลหะหรือสารกึ่งตัวนำที่เคลือบด้วยสารเคมีลงบนพื้นผิวของวัสดุ จึงทำให้ได้ฟิล์มบางที่มีโครงสร้างและคุณสมบัติเฉพาะ
กระบวนการชุบไอออนคือการเชื่อมต่อแหล่งระเหยกับขั้วบวกและชิ้นงานกับขั้วลบ เมื่อกระแสไฟฟ้าตรงแรงดันสูงสามถึงห้าพันโวลต์ถูกจ่าย จะเกิดการคายประจุไฟฟ้าระหว่างแหล่งระเหยและชิ้นงาน เนื่องจากก๊าซอาร์กอนเฉื่อยที่บรรจุอยู่ในฮูดสุญญากาศ ก๊าซอาร์กอนบางส่วนจึงแตกตัวเป็นไอออนภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าคายประจุ ทำให้เกิดโซนมืดของพลาสมารอบชิ้นงานขั้วลบ ไอออนของอาร์กอนที่มีประจุบวกจะถูกดึงดูดโดยแรงดันไฟฟ้าสูงเชิงลบของขั้วลบและโจมตีพื้นผิวของชิ้นงานอย่างรุนแรง ส่งผลให้อนุภาคและสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของชิ้นงานกระเซ็นและกระเด็นออกไป ทำให้สามารถทำความสะอาดพื้นผิวของชิ้นงานได้อย่างสมบูรณ์ด้วยการโจมตีด้วยไอออน จากนั้นจึงเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับของแหล่งระเหย และอนุภาคของวัสดุที่ระเหยจะละลายและระเหย เข้าสู่โซนคายประจุและแตกตัวเป็นไอออน ไอออนของวัสดุที่ระเหยซึ่งมีประจุบวกซึ่งถูกดึงดูดโดยแคโทดจะพุ่งเข้าหาชิ้นงานพร้อมกับไอออนของอาร์กอน เมื่อปริมาณของไอออนของวัสดุที่ระเหยซึ่งเกาะอยู่บนพื้นผิวของชิ้นงานเกินกว่าปริมาณของไอออนที่กระเซ็น ไอออนเหล่านี้จะค่อยๆ สะสมจนเกิดเป็นชั้นเคลือบที่ยึดติดแน่นบนพื้นผิวของชิ้นงาน
โครงสร้างการเคลือบของการชุบไอออนมีความหนาแน่น ไม่มีรูพรุน ฟองอากาศ และความหนาสม่ำเสมอ วิธีนี้เหมาะมากสำหรับการเคลือบชิ้นส่วนที่มีรูภายใน ร่อง และช่องว่างแคบๆ ที่ยากต่อการเคลือบด้วยวิธีอื่น และไม่เกิดปุ่มโลหะ เนื่องจากความสามารถในการซ่อมแซมรอยแตกร้าวและข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ เช่น หลุมบนพื้นผิวของชิ้นงาน กระบวนการนี้จึงสามารถปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของชิ้นส่วนที่เคลือบได้อย่างมีประสิทธิภาพ การทดสอบความล้าแสดงให้เห็นว่าหากจัดการอย่างถูกต้อง อายุความล้าของชิ้นงานสามารถเพิ่มขึ้นได้ 20% ถึง 30% เมื่อเทียบกับก่อนการชุบ
ลักษณะเฉพาะของการเคลือบด้วยไอออนสูญญากาศ
เมื่อเปรียบเทียบกับการระเหยและการสปัตเตอร์ การชุบไอออนจะมีลักษณะดังต่อไปนี้:
(1) ประสิทธิภาพการยึดเกาะที่ดีของสารเคลือบ
ในระหว่างการเคลือบสูญญากาศทั่วไป แทบจะไม่มีชั้นเปลี่ยนผ่านที่เชื่อมต่อระหว่างพื้นผิวของชิ้นงานและสารเคลือบ ในระหว่างการชุบไอออน เมื่อไอออนโจมตีชิ้นงานด้วยความเร็วสูง ไอออนสามารถทะลุผ่านพื้นผิวของชิ้นงานและสร้างชั้นกระจายที่ฝังลึกลงในพื้นผิว ความลึกของการแพร่กระจายของอินเทอร์เฟซของการชุบไอออนสามารถไปถึงสี่ถึงห้าไมโครเมตร ในระยะเริ่มต้นของการเคลือบ การสปัตเตอร์และการสะสมจะอยู่คู่กัน และสามารถสร้างชั้นเปลี่ยนผ่านหรือชั้นผสมของฟิล์มและส่วนประกอบพื้นผิวที่อินเทอร์เฟซระหว่างฟิล์มและพื้นผิว เรียกว่าชั้นกระจายเทียม ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการยึดเกาะของชั้นฟิล์มได้อย่างมีประสิทธิภาพ
(2) ความสามารถในการชุบที่แข็งแกร่ง
ในระหว่างการชุบด้วยไอออน อนุภาคของวัสดุที่ระเหยจะเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของสนามไฟฟ้าในรูปของไอออนที่มีประจุ ดังนั้น ทุกที่ที่มีสนามไฟฟ้าอยู่ ก็จะได้การเคลือบที่ดี ซึ่งดีกว่าการเคลือบด้วยสูญญากาศทั่วไปมาก ซึ่งสามารถเคลือบได้ในทิศทางตรงเท่านั้น ดังนั้น วิธีนี้จึงเหมาะมากสำหรับบริเวณบนชิ้นส่วนที่ชุบได้ยากด้วยวิธีอื่น เช่น รูด้านใน ร่อง และช่องว่างแคบๆ
(3) คุณภาพการเคลือบดี
การเคลือบไอออนชุบมีโครงสร้างหนาแน่น ไม่มีรูพรุน ไม่มีฟองอากาศ และความหนาสม่ำเสมอ แม้แต่ขอบและร่องก็สามารถเคลือบได้สม่ำเสมอ และชิ้นส่วนเช่นเกลียวก็สามารถเคลือบได้ด้วยความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอสูง (ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ) ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี ส่งผลให้ชั้นฟิล์มมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น ในเวลาเดียวกัน ชั้นฟิล์มยังสามารถปรับปรุงรูปลักษณ์และประสิทธิภาพการตกแต่งของชิ้นงานได้อย่างมีนัยสำคัญ
(4) ทำให้กระบวนการทำความสะอาดง่ายขึ้น
กระบวนการเคลือบส่วนใหญ่ในปัจจุบันต้องทำความสะอาดชิ้นงานอย่างเคร่งครัดล่วงหน้า และกระบวนการนี้ค่อนข้างมีความรับผิดชอบ ในระหว่างกระบวนการชุบไอออน อนุภาคพลังงานสูงจำนวนมากที่เกิดจากการคายประจุแบบเรืองแสงจะถูกใช้เพื่อสร้างเอฟเฟกต์การสปัตเตอร์แคโทดิกบนพื้นผิว ซึ่งจะทำความสะอาดก๊าซและน้ำมันที่ดูดซับบนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ด้วยการสปัตเตอร์ ทำให้พื้นผิวของวัสดุพิมพ์บริสุทธิ์จนกระทั่งกระบวนการเคลือบทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์ ทำให้การทำความสะอาดก่อนชุบง่ายขึ้นมาก
(5) วัสดุชุบมีให้เลือกหลากหลาย
การชุบไอออนเป็นกระบวนการที่ใช้ไอออนพลังงานสูงในการกระแทกพื้นผิวของชิ้นงาน โดยแปลงพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากให้เป็นพลังงานความร้อนบนพื้นผิวของชิ้นงาน จึงส่งเสริมการแพร่กระจายและปฏิกิริยาเคมีในเนื้อเยื่อพื้นผิว และชิ้นงานจะไม่ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิสูง ดังนั้นกระบวนการเคลือบนี้จึงมีขอบเขตการใช้งานที่กว้างขวางและมีข้อจำกัดน้อยกว่า โดยปกติแล้ว สามารถชุบโลหะ โลหะผสม รวมถึงวัสดุสังเคราะห์บางชนิด วัสดุฉนวน วัสดุที่ไวต่อความร้อน และวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงได้ ชิ้นงานโลหะสามารถชุบด้วยวัสดุที่ไม่ใช่โลหะหรือโลหะ รวมถึงโลหะหรือโลหะที่ไม่ใช่โลหะ และแม้แต่พลาสติก ยาง ควอตซ์ เซรามิก เป็นต้น
การจำแนกประเภทของการเคลือบไอออนสูญญากาศ
มีวิธีการรวมกันหลายวิธีในการสร้างไอออนและการกระตุ้นสำหรับแหล่งระเหยและอะตอมที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดวิธีการชุบไอออนจากแหล่งระเหยหลายวิธี วิธีการทั่วไป ได้แก่ การชุบไอออนแบบสปัตเตอร์และการชุบไอออนแบบระเหยโดยอาศัยการได้รับอนุภาคเมมเบรน
1. การชุบไอออนแบบสปัตเตอร์
การใช้ไอออนพลังงานสูงในการพ่นบนพื้นผิวของวัสดุเมมเบรนจะทำให้เกิดอนุภาคโลหะ อนุภาคโลหะจะแตกตัวเป็นไอออนโลหะในช่องปล่อยก๊าซ และอนุภาคโลหะเหล่านี้จะไปถึงพื้นผิวภายใต้แรงเบี่ยงเบนเชิงลบเพื่อสะสมและสร้างฟิล์ม
การชุบไอออนระเหย
การให้ความร้อนวัสดุเคลือบด้วยวิธีการให้ความร้อนต่างๆ เพื่อระเหยและผลิตไอโลหะ จากนั้นจึงนำไอโลหะเข้าไปในช่องปล่อยก๊าซซึ่งถูกกระตุ้นด้วยวิธีการต่างๆ เพื่อสร้างไอออนโลหะ ไอออนเหล่านี้จะไปถึงพื้นผิวภายใต้แรงเบี่ยงเบนเชิงลบและสะสมในฟิล์ม
การชุบไอออนระเหยสามารถแบ่งออกได้เป็นการชุบไอออนสองขั้นตอน DC การชุบไอออนแคโทดกลวง การชุบไอออนอาร์กลวดร้อน และการชุบไอออนอาร์กแคโทด ตามหลักการคายประจุที่แตกต่างกัน การชุบไอออนรอง DC เป็นการคายประจุแบบเรืองแสงที่เสถียร การชุบไอออนแคโทดกลวงและการชุบไอออนอาร์กลวดร้อนเป็นการคายประจุแบบอาร์กความร้อนทั้งคู่ และเหตุผลในการสร้างอิเล็กตรอนสามารถสรุปได้ง่ายๆ ว่าคือการปล่อยอิเล็กตรอนความร้อนออกนอกนิวเคลียสอันเนื่องมาจากการให้ความร้อนแก่วัสดุโลหะจนมีอุณหภูมิสูง ประเภทการคายประจุของการชุบไอออนอาร์กแคโทดนั้นแตกต่างจากการชุบไอออนประเภทก่อนหน้า และใช้การคายประจุแบบอาร์กเย็น
(1) การชุบไอออนแคโทดกลวง (HCD)
การใช้การคายประจุแคโทดแบบกลวงร้อนเพื่อสร้างลำแสงอิเล็กตรอนพลาสม่า ลักษณะเฉพาะของการชุบไอออนแคโทดแบบกลวง: ① ปืนแคโทดแบบกลวง HCD เป็นทั้งแหล่งความร้อนสำหรับการทำให้วัสดุเมมเบรนเป็นก๊าซและแหล่งไอออนไนเซชันสำหรับอนุภาคที่ระเหย และวิธีการไอออนไนเซชันคือการใช้การชนกันของลำแสงอิเล็กตรอนแรงดันต่ำ ② การใช้แรงดันไฟฟ้าเร่งตั้งแต่ 0V ถึงหลายร้อยโวลต์ ทำให้ไอออนไนเซชันและการเร่งไอออนทำงานแยกกัน สามารถชุบไอออนแบบปฏิกิริยาได้ดี ④ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของพื้นผิวเล็กน้อย และพื้นผิวยังคงต้องได้รับความร้อนระหว่างการเคลือบ ⑤ ประสิทธิภาพการไอออนไนเซชันสูง จุดลำแสงอิเล็กตรอนขนาดใหญ่ และสามารถเคลือบบนฟิล์มต่างๆ ได้
(2) การชุบไอออนแบบอาร์คแคโทดิก
การชุบไอออนแบบอาร์กแคโทดิกเป็นจุดสูงสุดของเทคโนโลยีการเคลือบไอออนแบบกระแสหลัก ซึ่งใช้การคายประจุด้วยอาร์กเย็น และมีอัตราการแตกตัวของอนุภาคที่สูงที่สุดในบรรดาเทคโนโลยีการเคลือบ PVD มากมาย
