Что такое покрытие методом физического осаждения из паровой фазы (PVD)?

Что такое покрытие методом физического осаждения из паровой фазы (PVD)?

Покрытие методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) - это нанесение тонкой пленки твердого сплава на поверхность объекта физическим методом. Это делает поверхность объекта очень твердой и прочной.

Оно также увеличивает гладкость поверхности и снижает трение и износ на поверхности нанесенного объекта.

Применение покрытия методом физического осаждения из паровой фазы (PVD)

Типичное применение покрытия PVD - процесс производства полупроводников. Оно используется уже давно, в частности, для формирования многослойных электродов, проводов, защитных пленок, изоляционных пленок и металлических пленок.

Оно также подходит для алюминиевого покрытия носителей информации, таких как CD и DVD, благодаря своей хорошей адгезии и экономичности, а также для покрытия титановым сплавом для повышения долговечности режущих инструментов.

Кроме того, оно также используется в качестве альтернативы покрытию металлических и неметаллических изделий, например, в декоративных целях для ювелирных изделий, таких как браслеты и наручные часы, и архитектурных деталей, таких как дверные ручки.

Покрытие PVD используется в различных областях для достижения высокой прочности, низкого износа и длительного срока службы покрытого объекта.

Принцип покрытия физическим осаждением паров (PVD)

Покрытие PVD представляет собой процесс нанесения покрытия, при котором твердый металл приклеивается к поверхности покрываемого объекта физическим методом для формирования пленки. Существует три метода адгезии металла: вакуумное осаждение, распыление и ионное осаждение.

В каждом из этих методов в контейнере для осаждения создается высокий вакуум (от 10-1 до 10-5), в котором осаждаемый материал испаряется или испаряется под действием тепла, электронного пучка, ионов или другой внешней энергии и физически осаждается на осаждаемый объект. Затем мишень физически осаждается на осаждаемый объект.

Типы покрытий физического осаждения из паровой фазы (PVD)

Существует три типа методов осаждения металла в покрытии PVD: вакуумное испарение, распыление и ионное покрытие.

1. Вакуумное осаждение

Вакуумное испарение является самым основным методом осаждения PVD. Осаждаемый материал испаряется и испаряется в контейнере осаждения, который достигает высокого вакуумного диапазона, и физически осаждается на поверхность осаждаемого объекта. Метод нагрева электронным лучом и метод резистивного нагрева являются наиболее распространенными методами нагрева осаждаемого материала.

Метод электронного луча
Метод электронного луча является наиболее универсальным и широко используемым методом. В этом методе испаряемый материал, который образует пленку, помещается в водоохлаждаемый тигель и облучается электронным лучом для его испарения.

Метод нагрева сопротивлением
В методе нагрева сопротивлением испаряемый материал, который образует пленку, помещается на лодочку из тугоплавкого металла, и лодочка напрямую нагревается нагревателем. Другие методы включают высокочастотный индукционный нагрев, нагрев лазерным лучом, высокочастотный нагрев и дуговой нагрев.

Вакуумное испарение
Метод вакуумного испарения не требует нагревания осаждаемого объекта, что позволяет наносить пленки на смолы и металлические изделия, не требующие термической истории. Кроме того, метод вакуумного испарения не требует приложения отрицательного напряжения к осаждаемому объекту, что позволяет наносить пленки на материалы, которые не являются проводниками.

2. Напыление

При распылении активные газы, такие как аргон, ионизируются и бомбардируют осаждаемый материал в сосуде для осаждения, который достиг высокого вакуумного диапазона, и молекулы и атомы рассеиваются с большой силой. Рассеянные молекулы и атомы физически осаждаются на поверхности осаждаемого материала, образуя пленку.

Основной метод ионизации аргонового газа заключается в размещении параллельных пластинчатых электродов в контейнере для осаждения с осаждаемым материалом на катоде и осаждаемой пленкой на аноде, приложении постоянного напряжения для создания тлеющего разряда на стороне катода и ионизации аргонового газа в области разряда.

Ионизированный аргон сталкивается с катодной стороной с высокой энергией и высокой скоростью. Атомы материала, высвобождаемые при столкновении, достигают осаждаемого материала на стороне анода, где они физически осаждаются.

Этот метод называется двухполюсным распылением, а магнетронное распыление, которое объединяет эффект магнитного поля (магнит устанавливается на отрицательном электроде) для увеличения скорости ионизации аргона, в настоящее время является основным методом.

3. Ионное осаждение

Ионное осаждение – это метод осаждения пленки путем ионизации металла или газового соединения, которые нагреваются и испаряются в вакууме и ударяются об объект, который должен быть осажден. Другими словами, это метод обработки, который добавляет плазму к вакуумному осаждению.

В частности, мишень испаряется с помощью постоянного напряжения, высокочастотного напряжения, электронных пучков и т. д. в сосуде для осаждения, который достиг области высокого вакуума. В то же время в сосуд для осаждения вводится реакционный газ (азот, углеводород и т. д.) для реакции с испаряемым пленочным материалом.

Поскольку к мишени приложено отрицательное напряжение, осаждаемый материал ускоряется и ударяется о мишень в высокоэнергетическом состоянии, осаждаясь на поверхности мишени с образованием пленки. Этот метод позволяет наносить нитридные и карбонитридные пленки с хорошей адгезией и используется для режущих инструментов и украшений, требующих долговечности.