Физическое осаждение из газовой фазы (PVD)

Технология PVD: создание пленок физическим переносом материала. Технология PVD (Physical Vapor Deposition) - метод нанесения тонких пленок, при котором материал переходит из твердого состояния в газообразное (или пар) и затем осаждается на поверхность подложки. Иначе метод, в том числе в межгосударственных стандартах, называется ФОГФ - физическое осаждение из газовой фазы.

В отличие от химического осаждения, где покрытие формируется в результате химических реакций, ФОГФ-процессы основаны на физическом переносе материала. Это позволяет получать покрытия с высокими эксплуатационными качествами.

Наиболее распространенные методы:

• Магнетронное распыление
• Термическое испарение
• Электронно-лучевое испарение
• Лазерная абляция

Принцип работы технологии PVD

В контексте технологии рассматривают два основных механизма перехода материала в газовую фазу. Процесс основан на испарении или распылении материала, из которого формируется покрытие.

• Испарение – нагрев материала до температуры, при которой он переходит в парообразное состояние. Это может происходить за счет термического воздействия, электронно-лучевого нагрева, высокочастотной индукции, анодной дуги и пр. Процесс может проходить с дополнительной ионизацией, в среде реакционного газа или без него, а также с подачей напряжения смещения.
• Распыление – выбивание атомов или ионов с поверхности мишени под действием внешних факторов. Различают несколько видов распыления, включая магнетронное, ионно-плазменное и др.

Если сравнивать две родственные технологии, химическое осаждение из газовой фазы (CVD, Chemical Vapor Deposition, ХОГФ) отличается от PVD тем, что процесс происходит за счет химических реакций газообразных соединений, разлагающихся на поверхности подложки. PVD - чисто физический процесс, он обеспечивает более плотные и твердые покрытия с меньшей пористостью. CVD позволяет наносить покрытия на сложные трехмерные поверхности, при этом толстые слои формируются быстрее. Выбор между этими методами зависит от требований к материалу, температурным условиям и специфике применения.

Оборудование для PVD-процессов

Одним из наиболее распространенных видов оборудования для реализации PVD-технологии являются установки вакуумного напыления, в частности, установки вакуумной металлизации, используемые для нанесения металлических покрытий. Эти установки создают вакуумную среду, в которой происходит осаждение материала на обрабатываемую поверхность. Они применяются в оптике, электронике, автомобилестроении, декоративной и защитной обработке.

Установки для вакуумного напыления, использующие метод PVD, включают несколько ключевых компонентов, которые обеспечивают эффективность процесса и контроль над качеством покрытия.

Перечислим главные:

• Вакуумная камера. Это основное пространство, где происходит сам процесс напыления. Камера герметична и обеспечивает необходимое вакуумное состояние для повышения качества покрытия;
• Система откачки. Включает насосы (например, турбомолекулярные или диффузионные) для создания вакуума в камере;
• Аппаратура для перевода материала в газовую фазу. В зависимости от используемого метода испарения или распыления материала это могут быть тигельные или электронно-лучевые испарители (ЭЛИ), магнетронные, лучевые, дуговые установки и др.;
• Подложка. Поверхность, на которую наносится покрытие. В установках PVD подложки могут быть разных типов (металлические, стеклянные, пластиковые и т.д.). Подложка может быть дополнительно подогреваемой для улучшения качества покрытия;
• Система подачи газа. Для создания ионного потока и плазмы в вакуумной камере используется газ, например, аргон, который ионизируется для образования плазмы. Могут добавляться другие газы, например, кислород O₂ для получения оксидов или азот N₂ - для нитридных пленок;
• Электрическое питание. Источники питания для катодов, испарителей или других устройств, которые создают необходимые условия для распыления или испарения материала;
• Система вращения подложки. Для равномерного нанесения покрытия на поверхность подложки устанавливаются механизмы, которые вращают или перемещают подложку во время процесса напыления;
• Система мониторинга. Включает датчики для контроля вакуума, температуры, величины тока, толщины покрытия и пр.;
• Панель управления. Централизованное устройство для управления всеми компонентами установки, настройки параметров процесса и мониторинга хода работы установки.

Все эти компоненты работают в синергии, чтобы обеспечить точность и высокое качество напыления, а также позволяют варьировать параметры процесса в зависимости от требований к покрытию.

Сферы применения технологии PVD

Технология ФОГФ активно используется в самых разных сферах:

• Машиностроение и инструментальное производство – напыление износостойких покрытий на режущий инструмент, штампы и т.п.;
• Оптическая промышленность – напыление просветляющих и защитных пленок на линзы, зеркала и дисплеи;
• Электроника – создание тонкопленочных схем, конденсаторов и антенн;
• Медицина – производятся покрытия, которые идеально подходят для имплантатов и хирургического оборудования;
• Ювелирное дело и дизайн – декоративная металлизация часов, украшений, элементов интерьера.

Преимущества метода физического осаждения из газовой фазы перед другими технологиями

• Высокая прочность сцепления пленки с материалом подложки – покрытия не отслаиваются и обладают феноменальной твердостью.
• Небольшой нагрев – все процессы происходят при сравнительно невысоких температурах.
• Экологическая безопасность – технология PVD не предусматривает использование токсичных растворов.
• Универсальность – возможность напыления различных материалов, в том числе керамики и композитных составов.

От лаборатории до производства — полный спектр решений от «АкадемВак»

Компания «АкадемВак» расположена в сердце Сибири, в Новосибирском Академгородке. Мы разрабатываем, производим и поставляем современные установки вакуумного напыления, которые подходят для решения широкого круга задач - от научных исследований до серийного производства.

Широкий модельный ряд и разнообразная компоновка позволяют подобрать решение, максимально адаптированное под задачу клиента.

• Высокопроизводительные вакуумные установки напыления серии ACADEMVAC-PRO: вакуумные камеры большого объема, мощная система откачки, полностью автоматизированная система управления. Предназначены для серийного производства.
• Компактные установки напыления серии ACADEMVAC-Tabletop: небольшие установки напыления, возможны исполнения с ручной системой управления для снижения стоимости. Подходят для лабораторных и исследовательских задач, для знакомства с тонкопленочными технологиями. Чаще всего эти установки оснащаются магнетронами с диаметром мишени 2 или 3 дюйма, термическими испарителями.
• Универсальные вакуумные установки напыления серии ACADEMVAC-M/T: установки среднего размера, максимально гибкая платформа для кастомизации. Обеспечивают гибкость в выборе методов получения тонкоплёночных покрытий (включая электронно-лучевые испарители), средств откачки, контроля за процессами, аналитики, содержат возможности для дооснащения в будущем. Хорошо подходят для мелкосерийного производства, для выполнения широкого спектра задач.
• Сверхвысоковакуумные установки напыления серии ACADEMVAC-UHV: специализированные вакуумные установки, разработанные с целью обеспечить повышенные требования к чистоте процессов в сверхвысоковакуумных перспективных применениях.

Помимо напылительного оборудования, компания "АкадемВак" разрабатывает и производит установки травления, термовакуумных испытаний (ТВИ), вакуумные печи, а также узлы и комплектующие: вакуумные камеры, криогенные экраны, технологические источники, системы питания и управления.

Специалисты компании готовы оказать экспертную помощь в выборе оптимального технологического решения под ваши задачи. Напишите нам о Вашей задаче или ознакомьтесь с нашим каталогом.