Вакуумное напыление

Вакуумное напыление (англ. physical vapor deposition, PVD; напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы) — группа методов напыления покрытий (тонких плёнок) в вакууме, при которых покрытие получается путём прямой конденсации пара наносимого материала.

Молекулярный уровень процесса вакуумного напыления — модель

Установка для вакуумного напыления

Детали с покрытием из нитрида титана, полученным вакуумным напылением с электродуговым нагревом

Различают следующие стадии вакуумного напыления:

1. Создание газа (пара) из частиц, составляющих напыление;
2. Транспорт пара к подложке;
3. Конденсация пара на подложке и формирование покрытия;

Введение

К группе методов вакуумного напыления относятся перечисленные ниже технологии, а также реактивные варианты этих процессов.

• Методы термического напыления:
  • Испарение электронным лучом (англ. electron beam evaporation, electron beam physical vapor deposition, EBPVD);
  • Испарение лазерным лучом (англ. pulsed laser deposition, pulsed laser ablation).
• Испарение вакуумной дугой (англ. cathodic arc deposition, Arc-PVD): материал испаряется в катодном пятне электрической дуги.
• Эпитаксия молекулярным лучом (англ. molecular beam epitaxy)
• Ионное распыление (англ. sputtering): Исходный материал распыляется бомбардировкой ионным потоком и поступает на подложку.
  • Магнетронное распыление (англ. magnetron sputtering)
  • Напыление с ионным ассистированием (англ. ion beam assisted deposition, IBAD)
• Ионно-лучевое напыление

• Сфокусированный ионный пучок

Применение

Вакуумное напыление применяют для создания на поверхности деталей, инструментов и оборудования функциональных покрытий — проводящих, изолирующих, износостойких, коррозионно-стойких, эрозионностойких, антифрикционных, антизадирных, барьерных и т. д Процесс используется для нанесения декоративных покрытий, например при производстве часов с позолотой и оправ для очков. Один из основных процессов микроэлектроники, где применяется для нанесения проводящих слоёв (металлизации). Вакуумное напыление используется для получения оптических покрытий: просветляющих, отражающих, фильтрующих.

Материалами для напыления служат мишени из различных материалов, металлов (титана, алюминия, вольфрама, молибдена, железа, никеля, меди, графита, хрома), их сплавов, соединений (SiO₂,TiO₂,Al₂O₃). В технологическую среду может быть добавлен химически активный газ, например ацетилен (для покрытий, содержащих углерод); азот, кислород. Химическая реакция на поверхности подложки активируется нагревом, либо ионизацией и диссоциацией газа той или иной формой газового разряда.

С помощью методов вакуумного напыления получают покрытия толщиной от нескольких ангстрем до нескольких десятков микрон, обычно после нанесения покрытия поверхность не требует дополнительной обработки.

См. также

• Газотермическое напыление
• Химическое осаждение из газовой фазы
• Вакуумное осаждение

Литература

• Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 328 с.

• Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высш. шк., 1988. — 255 с. — ISBN 5-06-001480-0.

• Виноградов М.И., Маишев Ю.П. Вакуумные процессы и оборудование ионно - и электронно-лучевой технологии. — М.: Машиностроение, 1989. — 56 с. — ISBN 5-217-00726-5.

• Mattox, Donald M. Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing: Film Formation, Adhesion, Surface Preparation and Contamination Control.. Westwood, N.J.: Noyes Publications, 1998. ISBN 0-8155-1422-0.
• Powell, Carroll F., Joseph H. Oxley, and John Milton Blocher (editors). Vapor Deposition. The Electrochemical Society series. New York: Wiley, 1966.