Fyzikální depozice par - Physical vapor deposition

Uvnitř plazma -stříkejte komoru pro fyzikální nanášení parou (PS-PVD), do plazmového plamene se zavádí keramický prášek, který ho odpařuje a poté kondenzuje na (chladnějším) obrobku a vytváří keramický povlak.
PVD proces Vývojový diagram

Fyzikální depozice par (PVD), někdy (zejména v monokrystal růstové kontexty) fyzický transport par (PVT), popisuje řadu metody vakuové depozice které lze použít k výrobě tenké filmy a nátěry. PVD je charakterizován procesem, při kterém materiál přechází z kondenzované fáze do parní fáze a poté zpět do kondenzované fáze tenkého filmu. Nejběžnější procesy PVD jsou prskání a vypařování. PVD se používá při výrobě předmětů, které vyžadují tenké vrstvy pro mechanické, optický, chemické nebo elektronické funkce. Mezi příklady patří polovodičová zařízení jako tenkovrstvé solární panely,[1] hliníkovaný PET fólie na balení potravin a balónky,[2] a nitrid titanu potažené řezné nástroje pro zpracování kovů. Kromě PVD nástrojů pro výrobu byly vyvinuty speciální menší nástroje (hlavně pro vědecké účely).[3]

Zdrojový materiál je nevyhnutelně také uložen na většině ostatních povrchů uvnitř vakuové komory, včetně upevnění používaného k přidržení dílů.

Příklady

  • Depozice katodického oblouku: vysoce výkonný elektrický oblouk vybitý na cílovém (zdrojovém) materiálu odstřeluje část do vysoce ionizované páry, která se ukládá na obrobek.
  • Fyzikální depozice par elektronovým paprskem: materiál, který má být uložen, je zahříván na vysoký tlak par bombardováním elektrony ve „vysokém“ vakuu a je transportován difúzí, aby byl nanášen kondenzací na (chladnější) obrobek.
  • Odpařovací depozice: materiál, který má být uložen, se ohřívá na vysoký tlak par elektrickým odporovým ohřevem ve „vysokém“ vakuu.[4][5]
  • Sublimace blízkého prostoru, materiál a substrát jsou umístěny blízko sebe a radiačně zahřáté.
  • Pulzní laserová depozice: vysoce výkonný laser eliminuje materiál z cíle na páru.
  • Naprašování: zářivý plazmový výboj (obvykle lokalizovaný kolem „cíle“ magnetem) bombarduje materiál, který některé rozprašuje jako páru pro následné ukládání.
  • Pulzní elektronová depozice: vysoce energetický pulzní elektronový paprsek ablace materiálu z cíle generuje plazmový proud za nerovnovážných podmínek.
  • Sublimační sendvičová metoda: používá se k vytváření umělých krystalů.

K měření fyzikálních vlastností PVD povlaků lze použít různé techniky charakterizace tenkého filmu, například:

Srovnání s jinými technikami depozice

Výhody

  • Povlaky PVD jsou někdy tvrdší a odolnější proti korozi než povlaky nanášené elektrolyticky. Většina nátěrů má vysokou teplotu a dobrou rázovou pevnost, vynikající odolnost proti oděru a je tak odolná, že ochranné vrchní nátěry nejsou téměř nikdy nutné.
  • Schopnost použít prakticky jakýkoli typ anorganických a některých organických nátěrových materiálů na stejně různorodou skupinu podkladů a povrchů pomocí široké škály povrchových úprav.
  • Ekologičtější než tradiční procesy nanášení, jako je galvanické pokovování a lakování.[Citace je zapotřebí ]
  • K uložení daného filmu lze použít více než jednu techniku.

Nevýhody

  • Specifické technologie mohou představovat omezení; například přímý přenos je typický pro většinu technik PVD potahování, existují však metody, které umožňují úplné pokrytí složitých geometrií.
  • Některé technologie PVD obvykle pracují při velmi vysokých teplotách a vakuu, což vyžaduje zvláštní pozornost obsluhy.
  • Vyžaduje systém chladicí vody k odvádění velkého tepelného zatížení.

Aplikace

Jak již bylo zmíněno, PVD povlaky se obecně používají ke zlepšení tvrdosti, odolnosti proti opotřebení a odolnosti proti oxidaci. Takové povlaky se tedy používají v široké škále aplikací, jako jsou:

Dekorativní aplikace

Změnou plynů a doby trvání procesu se fyzikální depozicí par na nerezové oceli vytvoří řada barev. Výsledný barevný produkt z nerezové oceli může vypadat jako mosaz, bronz a jiné kovy nebo slitiny. Tato nerezová ocel s barevným PVD může být použita jako vnější opláštění budov a konstrukcí, například Plavidlo sochařství v New Yorku a Bund v Šanghaji. Používá se také pro vnitřní hardware, obložení a příslušenství a dokonce se používá i u některých spotřebních elektronik, jako jsou povrchy Space Gray a Gold u iPhone X, XS a 11 Pro.

Viz také

Reference

  1. ^ Selvakumar, N .; Barshilia, Harish C. (1. března 2012). „Přehled spektrálně selektivních povlaků nanášených fyzikální parou (PVD) pro solární termální aplikace pro střední a vysoké teploty“ (PDF). Materiály pro solární energii a solární články. 98: 1–23. doi:10.1016 / j.solmat.2011.10.028.
  2. ^ Hanlon, Joseph F .; Kelsey, Robert J .; Forcinio, Hallie (23. dubna 1998). „Kapitola 4 Povlaky a laminace“. Příručka inženýrství obalů 3. vydání. CRC Press. ISBN  978-1566763066.
  3. ^ Fortunato, E .; Barquinha, P .; Martins, R. (12. června 2012). „Oxid Semiconductor Thin-Film Transistors: A Review of Recent Advances“. Pokročilé materiály. 24 (22): 2945–2986. doi:10.1002 / adma.201103228. ISSN  1521-4095. PMID  22573414.
  4. ^ On, Zhenping; Kretzschmar, Ilona (6. prosince 2013). "Šablona s podporou GLAD: Přístup k jednoduchým a vícenásobným skvrnitým částicím s kontrolovaným tvarem záplat". Langmuir. 29 (51): 15755–15761. doi:10.1021 / la404592z. PMID  24313824.
  5. ^ On, Zhenping; Kretzschmar, Ilona (18. června 2012). "Výroba šablonových částic s jednotnými záplatami pomocí šablon". Langmuir. 28 (26): 9915–9919. doi:10.1021 / la3017563. PMID  22708736.
  6. ^ Dunaev A.A., Egorova I.L. (2015). "Vlastnosti a optická aplikace polykrystalického selenidu zinečnatého získaného fyzikálním nanášením par". Vědecký a technický věstník informačních technologií, mechaniky a optiky. 15 (3): 449–456. doi:10.17586/2226-1494-2015-15-3-449-456.

Další čtení

  • Anders, André, ed. (3. října 2000). Příručka implantace a depozice iontů plazmou. Wiley-VCH. ISBN  978-0471246985.
  • Bach, Hans; Krause, Dieter (10. července 2003). Tenké filmy na skle. Springer. ISBN  978-3540585978.
  • Bunshah, Roitan F (31. prosince 1994). Příručka depozičních technologií pro filmy a nátěry (Druhé vydání.). Nakladatelství William Andrew. ISBN  978-0815517467.
  • Glaser, Hans Joachim (2000). Velkoplošný skleněný povlak. Von Ardenne Anlagentechnik GMBH. ISBN  978-3000049538.
  • Glocker, D; Shah, S (17. prosince 2001). Příručka technologie tenkých filmů. CRC Press. ISBN  978-0750308328.
  • Mahan, John E (1. února 2000). Fyzikální depozice par tenkých vrstev. Wiley-Interscience. ISBN  978-0471330011.
  • Mattox, Donald M. (19. května 2010). Příručka zpracování fyzikální depozice par (PVD) (Druhé vydání.). Nakladatelství William Andrew. ISBN  978-0-815-52037-5.
  • Mattox, Donald M. (14. ledna 2004). Základy technologie vakuového nanášení. Nakladatelství William Andrew. ISBN  978-0815514954.
  • Mattox, Donald M .; Mattox, Vivivenne Harwood (2007). 50 let technologie vakuového nanášení a růst společnosti pro vakuové nanášení. Society of Vacuum Coaters. ISBN  978-1878068279.
  • Ohring, Milton (26. října 2001). Materials Science of Thin Films, druhé vydání. Akademický tisk. ISBN  978-1493301720.
  • Powell, Carroll F .; Oxley, Joseph H .; Blocher, John Milton (1966). Klerer, J. (ed.). "Depozice par". Journal of the Electrochemical Society. Elektrochemická společnost. 113 (10): 226–269. JAKO V  B007T4PDL6. doi:10.1149/1.2423765.
  • Snyder, Tim (6. května 2013). „Co jsou to kola PVD - zeptejte se NASA“. 4wheelonline.com. 4WheelOnline.com. Citováno 3. října 2019.
  • Westwood, William D (2003). Sputter Deposition - AVS Education Committee Book Series, sv. 2. Výbor pro vzdělávání, AVS. ISBN  978-0735401051.
  • Willey, Ronald R (15. prosince 2007). Praktické monitorování a řízení optických tenkých vrstev. Willey Optical, konzultanti. ISBN  978-0615181448.
  • Willey, Ronald R (27. října 2007). Praktické vybavení, materiály a procesy pro optické tenké fólie. Willey Optical, konzultanti. ISBN  978-0615143972.

externí odkazy