Rivestimenti PVD: evaporazione termica e sputtering

I rivestimenti PVD (Physical Vapor Deposition) sono tecniche ampiamente utilizzate per la creazione di film sottili e rivestimenti superficiali. Tra i metodi più comuni, l'evaporazione termica e lo sputtering sono due importanti processi PVD. Ecco una descrizione dettagliata di ciascuno di essi:

1. Evaporazione termica

• Principio:Il materiale viene riscaldato in una camera a vuoto fino a evaporare o sublimare. Il materiale vaporizzato si condensa quindi su un substrato formando una pellicola sottile.
• Processo:
• Un materiale sorgente (metallo, ceramica, ecc.) viene riscaldato, solitamente utilizzando riscaldamento resistivo, fascio di elettroni o laser.
• Una volta che il materiale raggiunge il punto di evaporazione, gli atomi o le molecole abbandonano la sorgente e attraversano il vuoto fino al substrato.
• Gli atomi evaporati si condensano sulla superficie del substrato, formando uno strato sottile.
• Applicazioni:
• Comunemente utilizzato per depositare metalli, semiconduttori e isolanti.
• Le applicazioni includono rivestimenti ottici, finiture decorative e microelettronica.
• Vantaggi:
• Elevati tassi di deposizione.
• Semplice ed economico per determinati materiali.
• Può produrre pellicole ad elevata purezza.
• Svantaggi:
• Limitato ai materiali con basso punto di fusione o alta pressione di vapore.
• Scarsa copertura dei gradini su superfici complesse.
• Minor controllo sulla composizione della pellicola per le leghe.

2. Sputtering

• Principio: gli ioni di un plasma vengono accelerati verso un materiale bersaglio, provocando l'espulsione (spettramento) di atomi dal bersaglio, che si depositano poi sul substrato.
• Processo:
• Un materiale bersaglio (metallo, lega, ecc.) viene posizionato nella camera e viene introdotto un gas (tipicamente argon).
• Viene applicata un'alta tensione per creare un plasma che ionizza il gas.
• Gli ioni caricati positivamente provenienti dal plasma vengono accelerati verso il bersaglio caricato negativamente, staccando fisicamente gli atomi dalla superficie.
• Questi atomi si depositano poi sul substrato, formando una pellicola sottile.
• Applicazioni:
• Ampiamente utilizzato nella produzione di semiconduttori, nel rivestimento del vetro e nella creazione di rivestimenti resistenti all'usura.
• Ideale per creare leghe, ceramiche o film sottili complessi.
• Vantaggi:
• Può depositare un'ampia gamma di materiali, tra cui metalli, leghe e ossidi.
• Eccellente uniformità della pellicola e copertura dei gradini, anche su forme complesse.
• Controllo preciso dello spessore e della composizione della pellicola.
• Svantaggi:
• Velocità di deposizione più lente rispetto all'evaporazione termica.
• Più costosi a causa della complessità delle apparecchiature e della maggiore necessità di energia.

Differenze principali:

• Fonte di deposizione:
• L'evaporazione termica sfrutta il calore per far evaporare il materiale, mentre lo sputtering sfrutta il bombardamento ionico per dislocare fisicamente gli atomi.
• Energia richiesta:
• L'evaporazione termica richiede in genere meno energia rispetto allo sputtering, poiché si basa sul riscaldamento anziché sulla generazione di plasma.
• Materiali:
• Lo sputtering può essere utilizzato per depositare una gamma più ampia di materiali, compresi quelli con punti di fusione elevati, difficili da evaporare.
• Qualità della pellicola:
• In genere, lo sputtering consente un controllo migliore sullo spessore, l'uniformità e la composizione della pellicola.