Physikalische Gasphasenabscheidung - Physical vapor deposition

Innerhalb der Plasma- Spray-Physical-Vapour-Deposition (PS-PVD)-Kammer wird Keramikpulver in die Plasmaflamme eingebracht, die es verdampft und dann auf dem (kühleren) Werkstück kondensiert, um die Keramikbeschichtung zu bilden.
PVD - Verfahren Flussdiagramm

Physikalische Gasphasenabscheidung ( PVD ), manchmal (insbesondere im Zusammenhang mit Einkristallwachstum ) als physikalischer Dampftransport ( PVT ) bezeichnet, beschreibt eine Vielzahl von Vakuumabscheidungsverfahren, die verwendet werden können, um dünne Filme und Beschichtungen herzustellen . PVD zeichnet sich durch einen Prozess aus, bei dem das Material von einer kondensierten Phase in eine Dampfphase und dann zurück in eine kondensierte Dünnschichtphase übergeht. Die gängigsten PVD-Verfahren sind Sputtern und Aufdampfen . PVD wird bei der Herstellung von Artikeln verwendet, die dünne Schichten für mechanische, optische , chemische oder elektronische Funktionen benötigen . Beispiele hierfür sind Halbleiterbauelemente wie Dünnschicht-Solarmodule , aluminisierte PET- Folie für Lebensmittelverpackungen und Ballons sowie mit Titannitrid beschichtete Schneidwerkzeuge für die Metallbearbeitung. Neben PVD-Werkzeugen für die Fertigung wurden spezielle kleinere Werkzeuge (hauptsächlich für wissenschaftliche Zwecke) entwickelt.

Das Ausgangsmaterial wird unvermeidlich auch auf den meisten anderen Oberflächen im Inneren der Vakuumkammer abgeschieden, einschließlich der zum Halten der Teile verwendeten Halterung.

Beispiele

Zur Messung der physikalischen Eigenschaften von PVD-Beschichtungen können verschiedene Dünnschicht-Charakterisierungstechniken verwendet werden, wie zum Beispiel:

  • Calo-Tester : Schichtdickentest
  • Nanoindentation : Härteprüfung für Dünnfilmbeschichtungen
  • Pin-on-Disc-Tester : Verschleiß- und Reibungskoeffiziententest
  • Scratch Tester : Beschichtungshaftungstest
  • Röntgenmikroanalysator: Untersuchung von Strukturmerkmalen und Heterogenität der elementaren Zusammensetzung der Wachstumsflächen

Vergleich zu anderen Abscheidetechniken

Vorteile

  • PVD-Beschichtungen sind teilweise härter und korrosionsbeständiger als galvanisch aufgebrachte Beschichtungen. Die meisten Beschichtungen haben eine hohe Temperatur- und Schlagzähigkeit, eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und sind so langlebig, dass Schutzbeschichtungen selten erforderlich sind.
  • Fähigkeit, praktisch jede Art von anorganischen und einige organische Beschichtungsmaterialien auf einer ebenso vielfältigen Gruppe von Substraten und Oberflächen mit einer Vielzahl von Oberflächen zu verwenden.
  • Umweltfreundlicher als herkömmliche Beschichtungsverfahren wie Galvanisieren und Lackieren.
  • Es kann mehr als eine Technik verwendet werden, um einen gegebenen Film abzuscheiden.

Nachteile

  • Bestimmte Technologien können Einschränkungen auferlegen; Beispielsweise ist die Übertragung in Sichtlinie typisch für die meisten PVD-Beschichtungstechniken, einige Verfahren ermöglichen jedoch die vollständige Abdeckung komplexer Geometrien.
  • Einige PVD-Technologien arbeiten typischerweise bei sehr hohen Temperaturen und Vakuum und erfordern besondere Aufmerksamkeit durch das Bedienpersonal.
  • Erfordert ein Kühlwassersystem, um große Wärmelasten abzuleiten.

Anisotrope Gläser

Diese Abbildung zeigt eine einfache Veranschaulichung des PVD-Prozesses, bei dem die gewünschten abgeschiedenen Gasmoleküle nach der Kondensation in die Kammer eintreten und dann erneut auf einem dünnen Film, wie dem anisotropen Glas, kondensiert werden.

PVD kann als Anwendung verwendet werden, um anisotrope Gläser mit niedrigem Molekulargewicht für organische Halbleiter herzustellen. Um zu verstehen, was die Eigenschaften dieses Glases sind, die es nützlich machen, zuerst eine kurze Vorstellung des Mechanismus. Der Parameter, der benötigt wird, um die Bildung dieses Glastyps zu ermöglichen, ist die molekulare Mobilität und die anisotrope Struktur an der freien Oberfläche des Glases. Die Konfiguration des Polymers ist dort wichtig, wo es in einen niedrigeren Energiezustand gebracht werden muss, bevor die hinzugefügten Moleküle das Material durch eine Abscheidung begraben. Dieser Prozess des Hinzufügens von Molekülen zur Struktur beginnt sich auszugleichen und gewinnt an Masse und Volumen, um mehr kinetische Stabilität zu haben. Die Packung der Moleküle hier durch PVD ist face-on, dh nicht am langen Schwanzende, ermöglicht auch eine weitere Überlappung von pi-Orbitalen, was auch die Stabilität der hinzugefügten Moleküle und der Bindungen erhöht. Die Orientierung dieser hinzugefügten Materialien hängt hauptsächlich von der Temperatur ab, wann Moleküle abgelagert oder aus dem Molekül extrahiert werden. Das Gleichgewicht der Moleküle verleiht dem Glas seine anisotropen Eigenschaften. Die Anisotropie dieser Gläser ist wertvoll, da sie eine höhere Ladungsträgermobilität und je höher die Dichte des Glases auch die Erhöhung des Ladungstransfers ermöglicht. Dieses Verfahren des anisotropen Einpackens in Glas ist aufgrund seiner Vielseitigkeit und der Tatsache, dass Glas über Kristalle hinaus zusätzliche Vorteile bietet, wie Homogenität und Flexibilität der Zusammensetzung, wertvoll.

Dekorative Anwendungen

Durch Variation der Gase und der Dauer des Prozesses wird eine Reihe von Farben durch physikalische Gasphasenabscheidung auf Edelstahl erzeugt. Das resultierende farbige Edelstahlprodukt kann als Messing, Bronze und andere Metalle oder Legierungen erscheinen. Dieser PVD-farbene Edelstahl kann als Außenverkleidung für Gebäude und Bauwerke wie die Vessel- Skulptur in New York City und The Bund in Shanghai verwendet werden. Es wird auch für Innenausstattung, Verkleidungen und Armaturen verwendet und wird sogar für einige Unterhaltungselektronik verwendet, wie zum Beispiel die Space Grey- und Gold-Finishes des iPhone und der Apple Watch.

Andere Anwendungen

Wie bereits erwähnt, werden PVD-Beschichtungen im Allgemeinen verwendet, um die Härte, die Verschleißfestigkeit und die Oxidation zu verbessern.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

  • Anders, André, Hrsg. (3. Oktober 2000). Handbuch der Plasmaimmersionsionenimplantation und -abscheidung . Wiley-VCH. ISBN 978-0471246985.
  • Bach, Hans; Krause, Dieter (10. Juli 2003). Dünne Filme auf Glas . Springer. ISBN 978-3540585978.
  • Bunshah, Roitan F. (31. Dezember 1994). Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Zweite Ausgabe). William Andrew Publishing. ISBN 978-0815517467.
  • Glaser, Hans-Joachim (2000). Großflächige Glasbeschichtung . Von Ardenne Anlagentechnik GMBH. ISBN 978-3000049538.
  • Glocker, D; Shah, S (17. Dezember 2001). Handbuch der Dünnschichtprozesstechnologie . CRC-Presse. ISBN 978-0750308328.
  • Mahan, John E. (1. Februar 2000). Physikalische Gasphasenabscheidung von dünnen Filmen . Wiley-Interscience. ISBN 978-0471330011.
  • Mattox, Donald M. (19. Mai 2010). Handbook of Physical Vapour Deposition (PVD) Processing (Zweite Ausgabe). William Andrew Publishing. ISBN 978-0-815-52037-5.
  • Mattox, Donald M (14. Januar 2004). Die Grundlagen der Vakuumbeschichtungstechnologie . William Andrew Publishing. ISBN 978-0815514954.
  • Mattox, Donald M.; Mattox, Vivivenne Harwood (2007). 50 Jahre Vakuumbeschichtungstechnologie und das Wachstum der Society of Vacuum Coaters . Gesellschaft für Vakuumbeschichter. ISBN 978-1878068279.
  • Ohring, Milton (26. Oktober 2001). Materialwissenschaft dünner Schichten, Zweite Auflage . Akademische Presse. ISBN 978-1493301720.
  • Powell, Carroll F.; Oxley, Joseph H.; Blocher, John Milton (1966). Klerer, J. (Hrsg.). "Dampfablagerung". Zeitschrift der Elektrochemischen Gesellschaft . Die Elektrochemische Gesellschaft. 113 (10): 226–269. ASIN  B007T4PDL6 . doi : 10.1149/1.2423765 .
  • Snyder, Tim (6. Mai 2013). "Was sind PVD-Räder - fragen Sie die NASA" . 4wheelonline.com . 4WheelOnline.com . Abgerufen am 3. Oktober 2019 .
  • Westwood, William D. (2003). Sputter Deposition - Buchreihe des AVS Education Committee, Bd. 2 . Bildungsausschuss, AVS. ISBN 978-0735401051.
  • Willey, Ronald R. (15. Dezember 2007). Praktische Überwachung und Kontrolle optischer Dünnschichten . Willey Optical, Berater. ISBN 978-0615181448.
  • Willey, Ronald R. (27. Oktober 2007). Praktische Ausrüstung, Materialien und Verfahren für optische Dünnschichten . Willey Optical, Berater. ISBN 978-0615143972.

Externe Links