Klíčová role teploty v procesu fyzikálního nanášení z plynné fáze
Fyzikální depozice z plynné fáze (PVD) nebo fyzikální transport páry (PVT) zahrnuje metody vakuové depozice k výrobě tenkých vrstev a povlaků na substrátech, jako jsou kovy, keramika, sklo a polymery. Tato technika je nezbytná při výrobě tenkých vrstev pro optické, mechanické, elektrické nebo chemické funkce, zejména v polovodičích, jako jsou fotodiody a filtry. PVD zahrnuje přechod materiálu z kondenzované fáze do plynné fáze a poté zpět do kondenzované fáze tenkého filmu, přičemž naprašování a odpařování jsou nejběžnějšími PVD procesy.
Tepelné odpařování je proces, při kterém se povlakový materiál odpařuje, přeměňuje se na plyn, vstupuje do reakční komory a kondenzuje na povrchu substrátu při relativně nízkých procesních teplotách. Proces naprašování PVD začíná umístěním povlakových materiálů na magnetron v pevné formě nazývané terč. Udržování čistého prostředí pouze s vybranými materiály při vysokých teplotách je zásadní pro dosažení vysoce čistých povlaků. Toho se dosahuje evakuací komory, aby se odstranily téměř všechny molekuly, a následným jejím naplněním procesním plynem, jako je argon, kyslík nebo dusík, zvoleným na základě nanášeného materiálu.
Jakmile jsou nastaveny podmínky, jako je teplota a tlak, začíná proces PVD povlakování aplikací záporného elektrického potenciálu na cílový materiál. Těleso komory v tomto procesu slouží jako kladná anoda neboli zem. Tento elektrický potenciál vyhání volné elektrony od magnetronu, což vede k jejich srážkám s atomy procesního plynu a jejich zbavování elektronů, čímž vznikají kladně nabité ionty procesního plynu. Tyto ionty jsou poté urychlovány směrem k magnetronu a nesou dostatek energie k „odražení“ neboli „naprašování“ cílového materiálu. Tento naprašovaný materiál se hromadí na površích v dráze magnetronu a nakonec se usazuje na finálním substrátu.
Plazmová záře, viditelný indikátor během procesu, vzniká rekombinací iontů s volnými elektrony do stavu s nižší energií, čímž se uvolňuje přebytečná energie ve formě světla. Tato záře slouží jako vizuální vodítko a pomáhá při sledování depozice tenkého filmu, která pokračuje konstantní rychlostí, dokud není dosaženo požadované tloušťky. V tomto okamžiku se z katody odpojí napájení, což znamená dokončení procesu.
Teplota procesu je v procesu PVD kritická, protože přímo ovlivňuje kvalitu a vlastnosti nanášeného tenkého filmu. Teplota ovlivňuje rychlost odpařování materiálu, energii odpařených částic a jejich mobilitu na povrchu substrátu, což následně ovlivňuje adhezi, hustotu a krystalinitu filmu. Přesná regulace teploty zajišťuje rovnoměrné nanášení, minimalizuje defekty a umožňuje dosáhnout požadovaných mechanických, elektrických a optických vlastností povlaku. Udržování optimální teploty navíc zabraňuje poškození substrátu a zajišťuje konzistenci a opakovatelnost procesu PVD. Certifikovaná a sledovatelná dokumentace profilových informací je také nezbytná pro dodržování předpisů v daném odvětví.
