Bei der Verdampfungsmethode der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) wird ein Material in einer Hochvakuumumgebung erhitzt, bis es seinen Verdampfungspunkt erreicht und in einen Dampf umgewandelt wird, der dann auf einem Substrat kondensiert und eine dünne Beschichtung bildet. Dieses Verfahren ist besonders einfach und effizient, weshalb es sich für die Beschichtung einer Vielzahl von Materialien eignet, darunter Metalle, Halbleiter und Verbundwerkstoffe.
Zusammenfassung der Verdampfungsmethode:
- Das Aufdampfverfahren bei der PVD ist durch die folgenden Hauptschritte gekennzeichnet:Erhitzen des Materials:
- Das abzuscheidende Material wird in ein Widerstandsschiff oder einen Tiegel gelegt und durch Joule-Erwärmung in einer Hochvakuumumgebung erhitzt. Dieser Erhitzungsprozess dient dazu, die Temperatur des Materials bis zu seinem Verdampfungspunkt zu erhöhen.Bildung von Dampf:
- Sobald das Material seinen Verdampfungspunkt erreicht hat, verdampft es und bildet eine Dampfwolke. Die Vakuumumgebung sorgt dafür, dass auch Materialien mit vergleichsweise niedrigem Dampfdruck eine ausreichende Dampfwolke erzeugen können.Abscheidung auf dem Substrat:
Die verdampften Moleküle wandern durch die Vakuumkammer und lagern sich auf dem Substrat ab, wo sie Keime bilden und eine dünne Schicht aufbringen. Dieser Prozess wird durch die thermische Energie des Dampfes begünstigt, die es ihm ermöglicht, die Kammer zu durchqueren und auf dem Substrat zu haften.
- Ausführliche Erläuterung:Erwärmungsprozess:
- Bei der Widerstandsverdampfung wird das Material durch elektrischen Strom direkt erhitzt. Diese Methode ist einfach und kostengünstig und ermöglicht hohe Abscheidungsraten und die Verarbeitung von Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten. Die Einfachheit dieser Methode macht sie besonders geeignet für Anwendungen, die eine schnelle Blitzverdampfung und dickere Beschichtungen erfordern.Dampfdruck:
- In einem Vakuum ist der Dampfdruck des Materials von entscheidender Bedeutung, da er die Geschwindigkeit und Effizienz der Verdampfung bestimmt. Selbst Materialien mit niedrigem Dampfdruck können im Vakuum effektiv verdampfen, was die Vielseitigkeit der Verdampfungsmethode bei der PVD erhöht.Abscheidung und Filmbildung:
Sobald das verdampfte Material das Substrat erreicht, kondensiert es und bildet einen dünnen Film. Dieser Film kann aufgrund der geringen Energie der auf die Substratoberfläche auftreffenden Ionen eine andere Mikrostruktur als das Massenmaterial aufweisen. Um dies abzumildern, kann das Substrat auf Temperaturen zwischen 250 °C und 350 °C erhitzt werden, was zu einer gleichmäßigeren und besser haftenden Beschichtung führt.Vergleich mit anderen PVD-Verfahren:
Im Vergleich zu anderen PVD-Verfahren wie dem Sputtern bietet das Aufdampfverfahren höhere Abscheideraten und ist einfacher zu handhaben, insbesondere bei Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt. Es kann jedoch eine zusätzliche Erwärmung des Substrats erforderlich sein, um die Qualität der abgeschiedenen Schicht zu gewährleisten, was bei der Wahl dieses Verfahrens gegenüber anderen zu berücksichtigen ist.
