PVD povlaky: Tepelné naparovanie a naprašovanie

PVD (fyzikálne nanášanie z pár) sú široko používané techniky na vytváranie tenkých vrstiev a povrchových náterov. Medzi bežné metódy patria tepelné naparovanie a naprašovanie, ktoré sú dva dôležité PVD procesy. Tu je rozpis každého z nich:

1. Tepelné odparovanie

• Princíp:Materiál sa zahrieva vo vákuovej komore, kým sa neodparí alebo sublimuje. Odparený materiál potom kondenzuje na substráte a vytvára tenký film.
• Proces:
• Zdrojový materiál (kov, keramika atď.) sa zahrieva, zvyčajne pomocou odporového ohrevu, elektrónového lúča alebo laseru.
• Keď materiál dosiahne bod odparovania, atómy alebo molekuly opustia zdroj a prechádzajú vákuom k substrátu.
• Odparené atómy kondenzujú na povrchu substrátu a vytvárajú tenkú vrstvu.
• Aplikácie:
• Bežne sa používa na nanášanie kovov, polovodičov a izolantov.
• Aplikácie zahŕňajú optické povlaky, dekoratívne povrchové úpravy a mikroelektroniku.
• Výhody:
• Vysoká miera usadzovania.
• Jednoduché a nákladovo efektívne pre určité materiály.
• Dokáže vytvárať vysoko čisté filmy.
• Nevýhody:
• Obmedzené na materiály s nízkymi bodmi topenia alebo vysokým tlakom pár.
• Slabé pokrytie schodov na zložitých povrchoch.
• Menšia kontrola nad zložením filmu pre zliatiny.

2. Naprašovanie

• Princíp: Ióny z plazmy sú urýchľované smerom k cieľovému materiálu, čo spôsobuje vyvrhovanie (naprašovanie) atómov z terča, ktoré sa potom usadzujú na substráte.
• Proces:
• Cieľový materiál (kov, zliatina atď.) sa umiestni do komory a zavedie sa plyn (zvyčajne argón).
• Na vytvorenie plazmy sa aplikuje vysoké napätie, ktoré ionizuje plyn.
• Kladné náboje z plazmy sú urýchľované smerom k záporne nabitému cieľu, čím fyzicky uvoľňujú atómy z povrchu.
• Tieto atómy sa potom usadzujú na substráte a vytvárajú tenký film.
• Aplikácie:
• Široko používaný pri výrobe polovodičov, povlakovaní skla a vytváraní povlakov odolných voči opotrebeniu.
• Ideálne na vytváranie zliatinových, keramických alebo zložitých tenkých vrstiev.
• Výhody:
• Môže nanášať širokú škálu materiálov vrátane kovov, zliatin a oxidov.
• Vynikajúca rovnomernosť filmu a stupňovité pokrytie, a to aj na zložitých tvaroch.
• Presná kontrola hrúbky a zloženia filmu.
• Nevýhody:
• Pomalšie rýchlosti nanášania v porovnaní s tepelným odparovaním.
• Drahšie kvôli zložitosti zariadenia a potrebe vyššej energie.

Kľúčové rozdiely:

• Zdroj usadenín:
• Tepelné odparovanie využíva teplo na odparovanie materiálu, zatiaľ čo naprašovanie využíva bombardovanie iónmi na fyzické uvoľnenie atómov.
• Potrebná energia:
• Tepelné odparovanie zvyčajne vyžaduje menej energie ako naprašovanie, pretože sa spolieha na ohrev a nie na generovanie plazmy.
• Materiály:
• Naprašovanie sa môže použiť na nanášanie širšej škály materiálov vrátane materiálov s vysokými bodmi topenia, ktoré sa ťažko odparujú.
• Kvalita filmu:
• Naprašovanie vo všeobecnosti poskytuje lepšiu kontrolu nad hrúbkou, rovnomernosťou a zložením filmu.