PVD-belegg: Termisk fordampning og sputtering

PVD-belegg (fysisk dampavsetning) er mye brukte teknikker for å lage tynne filmer og overflatebelegg. Blant de vanlige metodene er termisk fordampning og sputtering to viktige PVD-prosesser. Her er en oversikt over hver av dem:

1. Termisk fordampning

• Prinsipp:Materialet varmes opp i et vakuumkammer til det fordamper eller sublimerer. Det fordampede materialet kondenserer deretter på et substrat og danner en tynn film.
• Behandle:
• Et kildemateriale (metall, keramikk osv.) varmes opp, vanligvis ved hjelp av resistiv oppvarming, elektronstråle eller laser.
• Når materialet når fordampningspunktet, forlater atomer eller molekyler kilden og beveger seg gjennom vakuumet til underlaget.
• De fordampede atomene kondenserer på overflaten av substratet og danner et tynt lag.
• Bruksområder:
• Vanligvis brukt til å avsette metaller, halvledere og isolatorer.
• Bruksområder inkluderer optiske belegg, dekorative overflater og mikroelektronikk.
• Fordeler:
• Høye avsetningsrater.
• Enkelt og kostnadseffektivt for visse materialer.
• Kan produsere svært rene filmer.
• Ulemper:
• Begrenset til materialer med lave smeltepunkter eller høyt damptrykk.
• Dårlig trinndekning over komplekse overflater.
• Mindre kontroll over filmsammensetningen for legeringer.

2. Sputtering

• Prinsipp: Ioner fra et plasma akselereres mot et målmateriale, noe som fører til at atomer kastes ut (sputteres) fra målet, som deretter avsettes på substratet.
• Behandle:
• Et målmateriale (metall, legering osv.) plasseres i kammeret, og en gass (vanligvis argon) introduseres.
• En høy spenning påføres for å lage et plasma, som ioniserer gassen.
• De positivt ladede ionene fra plasmaet akselereres mot det negativt ladede målet, og løsner fysisk atomer fra overflaten.
• Disse atomene avsettes deretter på substratet og danner en tynn film.
• Bruksområder:
• Mye brukt i halvlederproduksjon, belegg av glass og laging av slitesterke belegg.
• Ideell for å lage tynne filmer av legeringer, keramikk eller komplekse materialer.
• Fordeler:
• Kan avsette et bredt spekter av materialer, inkludert metaller, legeringer og oksider.
• Utmerket filmjevnhet og trinndekning, selv på komplekse former.
• Presis kontroll over filmtykkelse og sammensetning.
• Ulemper:
• Lavere avsetningshastigheter sammenlignet med termisk fordampning.
• Dyrere på grunn av utstyrets kompleksitet og behovet for høyere energi.

Viktige forskjeller:

• Kilde til avsetning:
• Termisk fordampning bruker varme til å fordampe materiale, mens sputtering bruker ionbombardement for å fysisk løsne atomer.
• Energibehov:
• Termisk fordampning krever vanligvis mindre energi enn sputtering, siden den er avhengig av oppvarming snarere enn plasmagenerering.
• Materialer:
• Sputtering kan brukes til å avsette et bredere spekter av materialer, inkludert de med høye smeltepunkter, som er vanskelige å fordampe.
• Filmkvalitet:
• Sputtering gir generelt bedre kontroll over filmtykkelse, ensartethet og sammensetning.