Die Abscheidung aus der Gasphase ist ein wichtiges Verfahren in verschiedenen Industriezweigen, insbesondere bei der Herstellung elektronischer, optischer und mechanischer Komponenten.
Bei diesem Verfahren kommen hauptsächlich zwei Methoden zum Einsatz: Chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und physikalische Gasphasenabscheidung (PVD).
Jede Methode hat unterschiedliche Mechanismen und Schritte, die bei der Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat zum Tragen kommen.
Die 4 wichtigsten Methoden werden erklärt
1. Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD ist ein Verfahren, bei dem ein fester Film auf einer erhitzten Oberfläche durch eine chemische Reaktion in der Dampfphase abgeschieden wird.
Das Verfahren umfasst in der Regel drei Hauptschritte:
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Verdampfung einer flüchtigen Verbindung: Der abzuscheidende Stoff wird zunächst in eine flüchtige Form umgewandelt, in der Regel durch Erhitzen.
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Thermische Zersetzung oder chemische Reaktion: Der Dampf zersetzt sich thermisch in Atome und Moleküle oder reagiert mit anderen Dämpfen, Gasen oder Flüssigkeiten an der Substratoberfläche.
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Ablagerung von nichtflüchtigen Reaktionsprodukten: Die Produkte der chemischen Reaktion, die sich nun in einem nicht flüchtigen Zustand befinden, lagern sich auf dem Substrat ab und bilden einen dünnen Film.
CVD-Verfahren erfordern oft hohe Temperaturen (etwa 1000 °C) und Drücke von einigen Torr bis über Atmosphärendruck.
Das Verfahren kann durch den Einsatz von Plasma weiter verbessert werden, was als plasmaunterstütztes CVD (PECVD) bekannt ist und niedrigere Verarbeitungstemperaturen ermöglicht, indem den Oberflächenreaktionen kinetische Energie hinzugefügt wird.
2. Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD)
Bei der PVD wird ein Material in einem energiereichen Gas oder Plasma auf ein Substrat abgeschieden, in der Regel in einem Teilvakuum.
Das Verfahren unterscheidet sich von der CVD dadurch, dass es keine chemischen Reaktionen, sondern physikalische Prozesse wie Kondensation oder Verdampfung beinhaltet:
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Erzeugung von Dämpfen: Das Material wird bis zu seinem Schmelzpunkt oder darüber erhitzt, wodurch Dämpfe entstehen.
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Transport und Abscheidung: Die Dämpfe werden dann im Vakuum transportiert und auf der Zieloberfläche abgeschieden.
PVD-Verfahren haben den Vorteil, dass sie Metalle und Nichtmetalle in dünnen Schichten Atom für Atom oder Molekül für Molekül abscheiden können.
Die beim PVD-Verfahren verwendete Vakuumumgebung ermöglicht eine bessere Kontrolle über den Abscheidungsprozess und die Qualität der Schicht.
3. Vergleich und Gegenüberstellung
Sowohl bei der CVD als auch bei der PVD werden Materialien aus der Dampfphase abgeschieden. Bei der CVD werden die Schichten jedoch durch chemische Reaktionen gebildet, während bei der PVD physikalische Prozesse wie Kondensation oder Verdampfung zum Einsatz kommen.
CVD erfordert in der Regel höhere Temperaturen und Drücke und kann mit Plasma verbessert werden, um die Verarbeitungstemperaturen zu senken.
PVD hingegen arbeitet im Vakuum und erfordert keine chemischen Reaktionen, so dass es sich für ein breites Spektrum von Materialien und Anwendungen eignet.
4. Anwendungen in der Industrie
Diese Verfahren sind von grundlegender Bedeutung für die Herstellung verschiedener elektronischer, optischer und mechanischer Komponenten, da sie eine genaue Kontrolle über die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten ermöglichen.
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