پوشش‌های PVD: تبخیر حرارتی و کندوپاش

پوشش‌های PVD (رسوب فیزیکی بخار) تکنیک‌های پرکاربردی برای ایجاد لایه‌های نازک و پوشش‌های سطحی هستند. در میان روش‌های رایج، تبخیر حرارتی و کندوپاش دو فرآیند مهم PVD هستند. در اینجا به تفصیل به هر یک از آنها می‌پردازیم:

۱. تبخیر حرارتی

• اصل:ماده در یک محفظه خلاء حرارت داده می‌شود تا تبخیر یا تصعید شود. سپس ماده تبخیر شده روی یک زیرلایه متراکم می‌شود تا یک لایه نازک تشکیل دهد.
• فرآیند:
• یک ماده منبع (فلز، سرامیک و غیره) معمولاً با استفاده از گرمایش مقاومتی، پرتو الکترونی یا لیزر گرم می‌شود.
• زمانی که ماده به نقطه تبخیر خود می‌رسد، اتم‌ها یا مولکول‌ها منبع را ترک کرده و از طریق خلاء به زیرلایه می‌رسند.
• اتم‌های تبخیر شده روی سطح زیرلایه متراکم می‌شوند و یک لایه نازک تشکیل می‌دهند.
• کاربردها:
• معمولاً برای رسوب فلزات، نیمه‌هادی‌ها و عایق‌ها استفاده می‌شود.
• کاربردها شامل پوشش‌های نوری، پرداخت‌های تزئینی و میکروالکترونیک است.
• مزایا:
• نرخ رسوب گذاری بالا.
• ساده و مقرون به صرفه برای مواد خاص.
• می‌تواند فیلم‌های بسیار خالص تولید کند.
• معایب:
• محدود به موادی با نقطه ذوب پایین یا فشار بخار بالا.
• پوشش ضعیف پله روی سطوح پیچیده.
• کنترل کمتر بر ترکیب فیلم برای آلیاژها.

۲. کندوپاش

• اصل: یون‌ها از پلاسما به سمت ماده هدف شتاب می‌گیرند و باعث می‌شوند اتم‌ها از هدف خارج (پراکنده) شوند، که سپس روی زیرلایه رسوب می‌کنند.
• فرآیند:
• یک ماده هدف (فلز، آلیاژ و غیره) در محفظه قرار داده می‌شود و یک گاز (معمولاً آرگون) به آن وارد می‌شود.
• یک ولتاژ بالا برای ایجاد پلاسما اعمال می‌شود که گاز را یونیزه می‌کند.
• یون‌های با بار مثبت از پلاسما به سمت هدف با بار منفی شتاب می‌گیرند و اتم‌ها را از سطح به صورت فیزیکی جدا می‌کنند.
• سپس این اتم‌ها روی زیرلایه رسوب می‌کنند و یک لایه نازک تشکیل می‌دهند.
• کاربردها:
• به طور گسترده در ساخت نیمه هادی ها، پوشش شیشه و ایجاد پوشش های مقاوم در برابر سایش استفاده می شود.
• ایده‌آل برای ایجاد آلیاژ، سرامیک یا لایه‌های نازک پیچیده.
• مزایا:
• می‌تواند طیف وسیعی از مواد، از جمله فلزات، آلیاژها و اکسیدها را رسوب دهد.
• یکنواختی عالی فیلم و پوشش پله‌ای، حتی روی اشکال پیچیده.
• کنترل دقیق بر ضخامت و ترکیب فیلم.
• معایب:
• سرعت رسوب‌گذاری پایین‌تر در مقایسه با تبخیر حرارتی.
• به دلیل پیچیدگی تجهیزات و نیاز به انرژی بالاتر، گران‌تر است.

تفاوت‌های کلیدی:

• منبع سپرده:
• تبخیر حرارتی از گرما برای تبخیر ماده استفاده می‌کند، در حالی که کندوپاش از بمباران یونی برای جدا کردن فیزیکی اتم‌ها استفاده می‌کند.
• انرژی مورد نیاز:
• تبخیر حرارتی معمولاً به انرژی کمتری نسبت به کندوپاش نیاز دارد زیرا به جای تولید پلاسما، به گرمایش متکی است.
• مواد:
• از روش کندوپاش می‌توان برای رسوب‌دهی طیف وسیع‌تری از مواد، از جمله موادی با نقطه ذوب بالا که تبخیر آنها دشوار است، استفاده کرد.
• کیفیت فیلم:
• کندوپاش عموماً کنترل بهتری بر ضخامت، یکنواختی و ترکیب فیلم فراهم می‌کند.