Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
Физическое осаждение из паровой фазы ( PVD ), иногда (особенно в контексте роста монокристаллов ), называемое физическим паровым переносом ( PVT ), описывает различные методы вакуумного осаждения, которые можно использовать для получения тонких пленок и покрытий. PVD характеризуется процессом, при котором материал переходит из конденсированной фазы в паровую фазу, а затем обратно в тонкопленочную конденсированную фазу. Наиболее распространенные процессы PVD - это распыление и испарение . PVD используется при производстве изделий, требующих тонких пленок для механической, оптической, химические или электронные функции. Примеры включают в себя полупроводниковые устройства , такие как тонкопленочных солнечных панелей , [1] алюминизированном ПЭТ пленка для упаковки пищевых продуктов и воздушных шаров , [2] и нитрида титана с покрытием режущего инструмента для металлообработки. Помимо инструментов PVD для изготовления, были разработаны специальные инструменты меньшего размера (в основном для научных целей). [3]
Исходный материал также неизбежно откладывается на большинстве других поверхностей внутри вакуумной камеры, включая крепеж, используемый для удержания деталей.
Примеры [ править ]
- Катодное дуговое осаждение : мощная электрическая дуга, разряженная на материале мишени (источника), взрывает часть материала в высокоионизированный пар, который осаждается на заготовке.
- Электронно-лучевое физическое осаждение из паровой фазы : осаждаемый материал нагревается до высокого давления пара за счет бомбардировки электронами в «высоком» вакууме и переносится путем диффузии для осаждения путем конденсации на (более холодной) заготовке.
- Осаждение путем испарения : осаждаемый материал нагревается до высокого давления пара за счет электрического сопротивления в «высоком» вакууме. [4] [5]
- Сублимация в закрытом пространстве , материал и подложка помещаются близко друг к другу и нагреваются излучением.
- Импульсное лазерное напыление : мощный лазер выдувает материал из мишени в пар.
- Осаждение распылением : тлеющий плазменный разряд (обычно локализованный вокруг «мишени» с помощью магнита) бомбардирует материал, распыляя часть материала в виде пара для последующего осаждения.
- Импульсное электронное напыление : высокоэнергетический импульсный электронный пучок удаляет материал из мишени, генерируя поток плазмы в неравновесных условиях.
- Метод сублимационного сэндвича : используется для создания искусственных кристаллов.
Для измерения физических свойств PVD-покрытий можно использовать различные методы определения характеристик тонких пленок, такие как:
- Calo tester : испытание толщины покрытия
- Наноиндентирование : испытание на твердость тонкопленочных покрытий
- Тестер на дисках : испытание на износ и коэффициент трения
- Тестер царапин : тест на адгезию покрытия
- Рентгеновский микроанализатор: исследование структурных особенностей и неоднородности элементного состава поверхностей роста [6]
Сравнение с другими методами осаждения [ править ]
Преимущества [ править ]
- Покрытия PVD иногда более твердые и более устойчивые к коррозии, чем покрытия, нанесенные гальваническим способом. Большинство покрытий имеют высокую температуру и хорошую ударную вязкость, отличную стойкость к истиранию и настолько долговечны, что в защитных покрытиях практически нет необходимости.
- Возможность использования практически любого типа неорганических и некоторых органических материалов покрытия на столь же разнообразной группе субстратов и поверхностей с использованием широкого разнообразия отделок.
- Более экологически чистый, чем традиционные способы нанесения покрытия, такие как гальваника и окраска. [ необходима цитата ]
- Для нанесения одной пленки можно использовать несколько методов.
Недостатки [ править ]
- Конкретные технологии могут накладывать ограничения; например, перенос прямой видимости типичен для большинства методов нанесения PVD-покрытий, однако существуют методы, которые позволяют полностью покрыть сложные геометрические формы.
- Некоторые технологии PVD обычно работают при очень высоких температурах и вакууме, что требует особого внимания со стороны обслуживающего персонала.
- Требуется система охлаждающей воды для отвода больших тепловых нагрузок.
Приложения [ править ]
Как упоминалось ранее, покрытия PVD обычно используются для повышения твердости, износостойкости и стойкости к окислению. Таким образом, такие покрытия используются в широком спектре приложений, таких как:
- Аэрокосмическая промышленность
- Автомобильная промышленность
- Плашки и пресс-формы для всех видов обработки материалов
- Режущие инструменты
- Огнестрельное оружие
- Оптика
- Часы
- Ювелирные изделия
- Тонкие пленки (тонировка окон, пищевая упаковка и т. Д.)
- Бочки для дартса
- Металлы (алюминий, медь, бронза и др.)
Декоративные аппликации [ править ]
Путем варьирования газов и продолжительности процесса физическим осаждением из паровой фазы на нержавеющую сталь можно получить различные цвета. Полученный продукт из окрашенной нержавеющей стали может выглядеть как латунь, бронза и другие металлы или сплавы. Эта нержавеющая сталь с PVD-покрытием может использоваться в качестве внешней облицовки зданий и сооружений, таких как скульптура « Сосуд» в Нью-Йорке и набережная в Шанхае. Он также используется для внутреннего оборудования, панелей и светильников и даже используется в некоторой бытовой электронике, например, в отделке Space Grey и Gold на iPhone X, XS и 11 Pro.
См. Также [ править ]
- HPCVD
- Химическое осаждение из паровой фазы
- Ионное покрытие
- Тонкопленочное напыление
- Осаждение с помощью ионного пучка
Ссылки [ править ]
- ^ Selvakumar, N .; Баршилия, Хариш К. (1 марта 2012 г.). «Обзор спектрально-селективных покрытий с физическим осаждением из паровой фазы (PVD) для средне- и высокотемпературных применений солнечного тепла» (PDF) . Материалы солнечной энергии и солнечные элементы . 98 : 1–23. DOI : 10.1016 / j.solmat.2011.10.028 .
- ^ Хэнлон, Джозеф Ф .; Келси, Роберт Дж .; Форчинио, Халли (23 апреля 1998 г.). «Глава 4 Покрытия и ламинация». Справочник по разработке пакетов, 3-е издание . CRC Press. ISBN 978-1566763066.
- ^ Fortunato, E .; Barquinha, P .; Мартинс, Р. (12 июня 2012 г.). "Оксидные полупроводниковые тонкопленочные транзисторы: обзор последних достижений". Современные материалы . 24 (22): 2945–2986. DOI : 10.1002 / adma.201103228 . ISSN 1521-4095 . PMID 22573414 .
- ^ Хэ, Чжэньпин; Кречмар, Илона (6 декабря 2013 г.). "GLAD с использованием шаблонов: подход к одиночным и множественным пятнистым частицам с контролируемой формой пятен". Ленгмюра . 29 (51): 15755–15761. DOI : 10.1021 / la404592z . PMID 24313824 .
- ^ Хэ, Чжэньпин; Кречмар, Илона (18 июня 2012 г.). «Изготовление с помощью шаблона из пятнистых частиц с однородными пятнами». Ленгмюра . 28 (26): 9915–9919. DOI : 10.1021 / la3017563 . PMID 22708736 .
- ^ Дунаев А.А., Егорова И.Л. (2015). «Свойства и оптическое применение поликристаллического селенида цинка, полученного методом физического осаждения из паровой фазы» . Научно-технический журнал информационных технологий, механики и оптики . 15 (3): 449–456. DOI : 10.17586 / 2226-1494-2015-15-3-449-456 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Андерс, Андре, изд. (3 октября 2000 г.). Справочник по плазменной иммерсионной ионной имплантации и осаждению . Wiley-VCH. ISBN 978-0471246985.
- Бах, Ганс; Краузе, Дитер (10 июля 2003 г.). Тонкие пленки на стекле . Springer. ISBN 978-3540585978.
- Буншах, Ройтан Ф. (31 декабря 1994 г.). Справочник по технологиям осаждения пленок и покрытий (второе изд.). Издательство Уильям Эндрю. ISBN 978-0815517467.
- Глейзер, Ганс Иоахим (2000). Покрытие стекла большой площади . Фон Арденн Анлагентехник ГМБХ. ISBN 978-3000049538.
- Glocker, D; Шах, С. (17 декабря 2001 г.). Справочник по технологии обработки тонких пленок . CRC Press. ISBN 978-0750308328.
- Махан, Джон Э. (1 февраля 2000 г.). Физическое осаждение тонких пленок из паровой фазы . Wiley-Interscience. ISBN 978-0471330011.
- Маттокс, Дональд М. (19 мая 2010 г.). Справочник по обработке методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) (второе изд.). Издательство Уильям Эндрю. ISBN 978-0-815-52037-5.
- Маттокс, Дональд М. (14 января 2004 г.). Основы технологии вакуумных покрытий . Издательство Уильям Эндрю. ISBN 978-0815514954.
- Mattox, Donald M .; Маттокс, Вививен Харвуд (2007). 50 лет технологии вакуумного покрытия и рост общества производителей вакуумных покрытий . Общество производителей вакуумных покрытий. ISBN 978-1878068279.
- Оринг, Милтон (26 октября 2001 г.). Материаловедение тонких пленок, второе издание . Академическая пресса. ISBN 978-1493301720.
- Пауэлл, Кэрролл Ф .; Оксли, Джозеф H .; Блохер, Джон Милтон (1966). Клерер, Дж. (Ред.). «Осаждение из паровой фазы». Журнал Электрохимического общества . Электрохимическое общество. 113 (10): 226–269. ASIN B007T4PDL6 . DOI : 10.1149 / 1.2423765 .
- Снайдер, Тим (6 мая 2013 г.). «Что такое PVD-колеса - спросите в НАСА» . 4wheelonline.com . 4WheelOnline.com . Дата обращения 3 октября 2019 .
- Вествуд, Уильям Д. (2003). Распыление - Серия книг Комитета по образованию AVS, Vol. 2 . Комитет по образованию, AVS. ISBN 978-0735401051.
- Уилли, Рональд Р. (15 декабря 2007 г.). Практический мониторинг и контроль тонких оптических пленок . Willey Optical, консультанты. ISBN 978-0615181448.
- Уилли, Рональд Р. (27 октября 2007 г.). Практическое оборудование, материалы и процессы для тонких оптических пленок . Willey Optical, консультанты. ISBN 978-0615143972.
Внешние ссылки [ править ]
- «Общество вакуумных нанесения покрытий» . svc.org . Общество производителей вакуумных покрытий . Дата обращения 3 октября 2019 .
- Рагху, Сарил (19 апреля 2009 г.). Инструмент физического осаждения из паровой фазы . YouTube.com . Дата обращения 3 октября 2019 .