لایه نشانی به روش PVD

در فرآیند لایه نشانی به روش pvd ، ماده مورد نظر به صورت اتم به اتم یا مولکول به مولکول بر روی سطح زیرلایه انباشته می‌شود. در این روش لایه های نازک با خلوص و کارایی بالا ایجاد می شود که برای بسیاری از کاربردها نسبت به سایر روش های لایه نشانی مناسب تر هستند.

از خدمات آبکاری pvd برای ساخت لایه های محافظ با دوام ، لنز نوری، پنل خورشیدی و … استفاده می شود. در واقع در هر کاربردی که نیاز به پوشش دهی با لایه های بسیار نازک، خالص، با دوام و تمیز است از این روش استفاده می شود.

به طور کلی لایه نشانی به روش pvd به دو گروه تبخیر حرارتی و اسپاترینگ (کندوپاش) تقسیم بندی می شود. در روش تبخیر، گونه های رشد به وسیله ابزار حرارتی از منبع جدا می گردد. در اسپاترینگ ، اتم ها یا یون ها از منبع جامد به وسیله برخورد یون های گازی (پلاسما) جدا می شود.

هر یک از گروه های لايه نشاني به روش pvd را می توان مناسب با روش اعمالی در فعال کردن منبع و شرایط رسوب دهی به چند روش تقسیم کرد. در ادامه به توضیح هر یک از این روش ها پرداخته شده است.

لایه نشانی pvd به روش تبخیر حرارتی

روش تبخیر حرارتی ساده ترین روش رسوب دهی است که برای رسوب دهی لایه های عنصری بسیار مفید و کارآمد است. قدمت رسوب دهی فیزیکی به روش تبخیر حرارتی به بیش از 150 سال می رسد و از زمانی که فناوری خلا وارد مقیاس صنعتی شده است ، در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شود.

سامانه لایه نشانی pvd به روش تبخیر حرارتی ، شامل یک منبع تبخیر است که ماده مورد نظر را تبخیر می کند و یک زیرلایه در فاصله ای مناسب رو به روی منبع تبخیر قرار دارد. منبع و زیرلایه هر دو در یک محفظه خلا قرار دارند.

در رسوب دهی فیزیکی بخار به روش تبخیر حرارتی ، می توان زیرلایه را تحت تاثیر حرارت و یا یک بایاس الکتریکی قرار داد یا آنکه در طی رسوب دهی آن را چرخاند.

لایه نشانی pvdاز طریق روش تبخیر در فشارهای پایین انجام می شود. همچنین اتم ها و ملکول ها قبل از آنکه به سطح برسند، با یکدیگر برخورد نمی کنند. انتقال اتم ها و ملکول ها از منبع به زیرلایه در امتداد خط میدان منبع صورت نمی گیرد. در نتیجه دستیابی به یک لایه یکنواخت با مساحت زیاد بسیار دشوار است.

روش های مختلفی برای غلبه بر این مشکل ابداع شده است. این موارد شامل استفاده از چند منبع به جای یک منبع، زیرلایه چرخان، قرار دادن منبع و زیرلایه بر روی سطح کره و ترکیبی از این موارد می باشد.

لایه نشانی pvd به روش تبخیر به صورت اتم به اتم ، امکان کنترل چگالی و ساختار اتمی لایه را فراهم می کند. با ایجاد شرایط مناسب هنگام فرآیند، می توان پوشش هایی با ویژگی هایی مانند سختی، نرمی و چسبندگی مناسب ایجاد کرد.

به عنوان مثال خدمات آبکاری pvd به روش تبخیر در کاربردهای پوشش سخت ، می تواند سبب کاهش اصطکاک شود و از سطح زیرین در مقابل آسیب محافظت کند.

لایه نشانی pvd به روش اسپارینگ

در لایه نشانی pvd به روش اسپاترینگ (کندوپاش) از یون های پر انرژی به منظور جدا کردن اتم ها یا ملکول ها از یک ماده هدف استفاده می شود که به عنوان یک الکترود عمل می کند. در نهایت رسوب دهی آن ها بر روی یک زیرلایه که به عنوان الکترودی دیگر است، انجام می شود.

در واقع رسوب دهی فیزیکی به روش اسپارینگ شامل کندن اتم به وسیله گازی مانند آرگون از سطح ماده هدف و پوشش دادن آن بر زیرلایه می باشد. با آنکه تنوع روش های کندوپاش بسیار زیاد است اما اصول فرآیند در این روش ها تا حد زیادی مشابه یکدیگر می باشند.

به طور کلی خدمات آبکاری pvd به روش اسپارینگ در مراحل زیر انجام می شود:

• یونیزه کردن اتم های گاز آرگون به دلیل اختلاف پتانسیل بالا
• اعمال پتانسیل منفی بر روی ماده مورد نظر و حرکت با شتاب یون های مثبت آرگون
• بمباران ماده مورد نظر توسط یون های آرگون و کنده شدن و پاشش اتم مواد به سمت زیرلایه
• تشکیل لایه مورد نظر بر روی زیرلایه

فرآیند رسوب دهی فیزیکی بخار به روش اسپارینگ ، برای مخلوطی از عناصر و ترکیبات باعث تغییر ترکیب ماده هدف نخواهد شد. بنابراین ترکیب فاز بخار همانند ترکیب ماده هدف خواهد بود و در طول فرآیند رسوب دهی بدون تغییر می ماند.

تاکنون اصلاحات بسیاری به منظور بهبود یا ارتقا فرآیندهای رسوب دهی انجام گرفته است که همگی منجر به ابداع فرآیند اصلاح شده در لایه نشانی به روش pvd شده است. به عنوان مثال از گازهای واکنش گر در محفظه رسوب دهی به منظور تشکیل لایه های مرکب استفاده شده است که به آن کندوپاش واکنشی (reactive sputtering) گفته می شود.

همچنین در لایه نشانی به روش pvd از میدان مغناطیسی به منظور افزایش زمان اقامت گونه های رشد در فاز بخار استفاده شده است که به آن کندوپاش مغناطیسی گفته می شود.

مقایسه روش تبخیر و اسپاترینگ

چند تفاوت اساسی بین لایه نشانی pvd به روش تبخیر و اسپاترینگ وجود دارد که می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• فشار رسوب دهی این فرآیندها به طور قابل ملاحظه ای با یکدیگر متفاوت است. روش اسپاترینگ در فشار بالاتری (در حدود هزار برابر تبخیر) انجام می شود. همچنین اتم ها یا مولکول ها در محفظه تبخیر به یکدیگر برخورد نمی کنند اما اتم ها یا ملکول ها در اسپاترینگ قبل از آنکه به سطح برسند به یکدیگر برخورد می کنند.
• سطح در روش تبخیر فعال نیست، در حالی که در روش اسپاترینگ به طور مداوم تحت بمباران الکتریکی قرار دارد و بنابراین دارای انرژی بالایی است.
• لایه حاصل از روش تبخیر دارای دانه های بزرگی هستند، در صورتی که در لایه نشانی pvd به روش اسپاترینگ دانه ها ریزتر و چسبندگی بهتری با زیرلایه دارند.
• چالش اساسی در روش تبخیر ، تولید سامانه های چند جزئی است. در حالی که ترکیب شیمیایی ماده هدف و لایه در روش اسپارینگ می تواند یکسان باشد.

مزایا و محدودیت های لایه نشانی pvd

پوشش های حاصل از لایه نشانی به روش pvd ، نسبت به پوشش های ایجاد شده از روش های دیگر، در برابر خوردگی مقاوم تر هستند. همچنین این پوشش ها در برابر ضربه و سایش بسیار مقاوم هستند و قابلیت تحمل درجه حرارت بالایی را دارند.

در لایه نشانی به روش pvd ، پوشش هایی با خلوص بالا ایجاد می شود و امکان کنترل ساختار لایه وجود دارد. همچنین در این روش می توان هر نوع ماده غیر آلی و بعضی از مواد آلی را روی گروه متنوعی از سطوح و زیرلایه ها پوشش داد.

عدم امکان پوشش دادن قطعات دارای شکل هندسی پیچیده با لایه نشانی به روش pvd ، از محدودیت های این روش محسوب می شود. همچنین با توجه به نیاز این روش به خلا و دما بالا، لایه نشانی نیاز به توجه و دقت بالایی دارد.

باید توجه شود که در خدمات آبکاری pvd ، برای خنثی کردن بار گرمایی تولید شده و جلوگیری از آسیب به قطعات سیستم ، به سیستم های گردش آب خنک کننده نیاز است.

لازم به ذکر است که در مقایسه با افزایش طول عمر و کیفیت بالای پوشش های حاصل از لایه نشانی به روش pvd ، هزینه آن منطقی و حتی پایین ارزیابی می شود.

هزینه لایه نشانی به روش pvd

خدمات لایه نشانی به روش pvd شامل ترکیب تکنولوژی هایی مانند خلا ، تبخیر و سیستم های اسپاترینگ برای تولید پوشش های مقاوم در برابر سایش می باشد. این خدمات با قیمت مناسب و با کیفیت بالا قابل ارائه است.

خدمات لایه نشانی به روش pvd شامل فرآیندهای سازگار با محیط زیست است. در مقایسه با سایر روش های لایه نشانی مانند آبکاری های شیمیایی، این روش به شدت میزان استفاده از مواد اولیه سمی، واکنش های شیمیایی و دفع مواد شیمیایی حاصل از واکنش ها را کاهش می دهد.

در انجام لایه نشانی به روش pvd ، تهیه تارگت و بوته بر عهده خود مشتری است. لازم به ذکر است که هزینه هر نوبت انجام لایه نشانی بدون تارگت و بوته ، با توجه به قیمت تارگت به هزینه کلی فرآیند اضافه می شود.