PVD povlaky: Tepelné napařování a naprašování

PVD (fyzikální depozice z plynné fáze) jsou široce používané techniky pro vytváření tenkých vrstev a povrchových povlaků. Mezi běžné metody patří termické napařování a naprašování, což jsou dva důležité PVD procesy. Zde je rozpis každého z nich:

1. Tepelné odpařování

• Princip:Materiál se zahřívá ve vakuové komoře, dokud se neodpaří nebo sublimuje. Odpařený materiál poté kondenzuje na substrátu a vytváří tenký film.
• Proces:
• Zdrojový materiál (kov, keramika atd.) se zahřívá, obvykle pomocí odporového ohřevu, elektronového paprsku nebo laseru.
• Jakmile materiál dosáhne bodu odpařování, atomy nebo molekuly opustí zdroj a putují vakuem k substrátu.
• Odpařené atomy kondenzují na povrchu substrátu a vytvářejí tenkou vrstvu.
• Aplikace:
• Běžně se používá k nanášení kovů, polovodičů a izolantů.
• Aplikace zahrnují optické povlaky, dekorativní povrchové úpravy a mikroelektroniku.
• Výhody:
• Vysoká rychlost depozice.
• Jednoduché a cenově výhodné pro určité materiály.
• Může vytvářet vysoce čisté filmy.
• Nevýhody:
• Omezeno na materiály s nízkými body tání nebo vysokým tlakem par.
• Špatné pokrytí schodů na složitých površích.
• Menší kontrola nad složením filmu u slitin.

2. Naprašování

• Princip: Ionty z plazmatu jsou urychlovány směrem k cílovému materiálu, což způsobuje vymrštění (naprašování) atomů z cíle, které se poté usazují na substrátu.
• Proces:
• Cílový materiál (kov, slitina atd.) se umístí do komory a zavede se plyn (obvykle argon).
• Vysoké napětí se aplikuje k vytvoření plazmy, která ionizuje plyn.
• Kladně nabité ionty z plazmatu jsou urychlovány směrem k záporně nabitému cíli a fyzicky uvolňují atomy z povrchu.
• Tyto atomy se poté usazují na substrátu a vytvářejí tenký film.
• Aplikace:
• Široce se používá při výrobě polovodičů, povlakování skla a vytváření povlaků odolných proti opotřebení.
• Ideální pro vytváření slitin, keramiky nebo složitých tenkých vrstev.
• Výhody:
• Může nanášet širokou škálu materiálů, včetně kovů, slitin a oxidů.
• Vynikající rovnoměrnost filmu a stupňovité pokrytí, a to i na složitých tvarech.
• Přesná kontrola tloušťky a složení filmu.
• Nevýhody:
• Pomalejší rychlosti nanášení ve srovnání s tepelným odpařováním.
• Dražší kvůli složitosti zařízení a potřebě vyšší energie.

Klíčové rozdíly:

• Zdroj usazenin:
• Tepelné odpařování využívá teplo k odpařování materiálu, zatímco naprašování využívá iontové bombardování k fyzickému uvolnění atomů.
• Potřebná energie:
• Tepelné odpařování obvykle vyžaduje méně energie než naprašování, protože se spoléhá na ohřev spíše než na generování plazmatu.
• Materiály:
• Naprašování lze použít k nanášení širší škály materiálů, včetně materiálů s vysokými body tání, které se obtížně odpařují.
• Kvalita filmu:
• Naprašování obecně poskytuje lepší kontrolu nad tloušťkou, rovnoměrností a složením filmu.