PVD-belægninger: Termisk fordampning og sputtering

PVD-belægninger (fysisk dampaflejring) er udbredte teknikker til at skabe tyndfilm og overfladebelægninger. Blandt de almindelige metoder er termisk fordampning og sputtering to vigtige PVD-processer. Her er en oversigt over hver:

1. Termisk fordampning

• Princip:Materialet opvarmes i et vakuumkammer, indtil det fordamper eller sublimerer. Det fordampede materiale kondenserer derefter på et substrat og danner en tynd film.
• Behandle:
• Et kildemateriale (metal, keramik osv.) opvarmes, normalt ved hjælp af resistiv opvarmning, elektronstråle eller laser.
• Når materialet når sit fordampningspunkt, forlader atomer eller molekyler kilden og bevæger sig gennem vakuumet til substratet.
• De fordampede atomer kondenserer på substratets overflade og danner et tyndt lag.
• Anvendelser:
• Almindeligt brugt til at aflejre metaller, halvledere og isolatorer.
• Anvendelser omfatter optiske belægninger, dekorative overflader og mikroelektronik.
• Fordele:
• Høje aflejringsrater.
• Enkel og omkostningseffektiv til visse materialer.
• Kan producere meget rene film.
• Ulemper:
• Begrænset til materialer med lave smeltepunkter eller høje damptryk.
• Dårlig trindækning over komplekse overflader.
• Mindre kontrol over filmsammensætningen for legeringer.

2. Sputtering

• Princip: Ioner fra et plasma accelereres mod et målmateriale, hvilket får atomer til at blive udstødt (sputteret) fra målet, som derefter aflejres på substratet.
• Behandle:
• Et målmateriale (metal, legering osv.) placeres i kammeret, og en gas (typisk argon) indføres.
• En høj spænding påføres for at skabe et plasma, som ioniserer gassen.
• De positivt ladede ioner fra plasmaet accelereres mod det negativt ladede mål, hvorved atomer fysisk løsnes fra overfladen.
• Disse atomer aflejres derefter på substratet og danner en tynd film.
• Anvendelser:
• Udbredt anvendt i halvlederfremstilling, belægning af glas og fremstilling af slidstærke belægninger.
• Ideel til fremstilling af legeringer, keramik eller komplekse tyndfilm.
• Fordele:
• Kan aflejre en bred vifte af materialer, herunder metaller, legeringer og oxider.
• Fremragende filmensartethed og trindækning, selv på komplekse former.
• Præcis kontrol over filmtykkelse og sammensætning.
• Ulemper:
• Langsommere aflejringshastigheder sammenlignet med termisk fordampning.
• Dyrere på grund af udstyrets kompleksitet og behovet for højere energi.

Vigtigste forskelle:

• Kilde til aflejring:
• Termisk fordampning bruger varme til at fordampe materiale, mens sputtering bruger ionbombardement til fysisk at løsne atomer.
• Energi krævet:
• Termisk fordampning kræver typisk mindre energi end sputtering, da den er afhængig af opvarmning snarere end plasmagenerering.
• Materialer:
• Sputtering kan bruges til at aflejre en bredere vifte af materialer, herunder dem med høje smeltepunkter, som er vanskelige at fordampe.
• Filmkvalitet:
• Sputtering giver generelt bedre kontrol over filmtykkelse, ensartethed og sammensætning.