Quelle est la différence entre la pulvérisation et l'évaporation ?

Bien qu'il existe plusieurs méthodes de dépôt physique en phase vapeur (PVD), la pulvérisation au plasma et l'évaporation par faisceau d'électrons sont deux des plus courantes. Connaître la différence entre la pulvérisation et l'évaporation peut vous aider à déterminer quelle option convient le mieux à votre application PVD.

Lors de la pulvérisation, des ions énergétiques entrent en collision avec une cible pour détacher ou pulvériser des atomes du matériau cible. Alternativement, l'évaporation implique de chauffer le matériau source au-delà de sa température de vaporisation.

Aussi simple que cela puisse paraître, il y a beaucoup plus dans ces méthodes PVD. Cet article compare les deux méthodes, explique ce qu'elles sont et met en évidence leurs avantages et leurs inconvénients.

La pulvérisation expliquée

La pulvérisation cathodique est un processus PVD qui permet la création de films minces à l'aide d'atomes pulvérisés. Les systèmes de pulvérisation sont de différents types, y compris la pulvérisation par faisceau d'ions et par magnétron.

La pulvérisation par faisceau ionique consiste à focaliser un faisceau ion-électron sur une cible pour pulvériser un matériau sur un substrat.

Le processus commence par placer la surface qui a besoin du revêtement à l'intérieur d'une chambre à vide remplie d'atomes de gaz inertes et non réactifs.

Le matériau source reçoit alors une charge négative, qui le transforme en cathode et en fait sortir des électrons libres. Les électrons libres entrent alors en collision avec les électrons entourant les atomes de gaz chargés négativement.

En conséquence, les électrons du gaz sont chassés, convertissant les atomes de gaz en ions à haute énergie chargés positivement. Le matériau source attire alors ces ions, qui entrent en collision à une vitesse si élevée qu'ils détachent des particules de taille atomique.

Les particules pulvérisées traversent finalement la chambre, atterrissant sur le substrat pour créer un film d'ions cibles éjectés.

Étant donné que les ions possèdent une directionnalité et une énergie égales, ce processus permet d'obtenir une densité et une qualité de film élevées.

D'autre part, la pulvérisation magnétron est une méthode de revêtement à base de plasma où les ions chargés positivement du plasma confiné magnétiquement entrent en collision avec des matériaux sources chargés négativement. La collision éjecte des atomes du matériau, les déposant sur un substrat.

Le processus se produisant dans un champ magnétique fermé, il piège mieux les électrons, ce qui augmente l'efficacité. Ce faisant, la méthode aide à produire une bonne qualité de film et offre la plus grande évolutivité de toutes les méthodes PVD.

L'évaporation thermique expliquée

La principale différence entre la pulvérisation cathodique et l'évaporation réside dans la façon dont ils créent des films de revêtement.

Vous pouvez en savoir plus sur cette méthode PVD dans l'article détaillé sur l'évaporation thermique de Korvus Technology .

L'évaporation thermique repose sur la chaleur pour évaporer ou sublimer un matériau source solide. Cependant, à l'instar de la pulvérisation cathodique, l'évaporation thermique se présente également sous de nombreuses formes, l'évaporation thermique résistive et l'évaporation par faisceau d'électrons.

Avec l'évaporation thermique résistive, l'énergie thermique est extraite d'une source de chaleur résistive et appliquée au matériau source à l'état solide dans une chambre à vide. La chaleur évapore le matériau et crée de la vapeur à haute pression, qui se condense sur un substrat et forme un film mince.

En raison de l'environnement, la chambre à vide crée, même la vapeur à basse pression peut créer un nuage de vapeur de particules évaporées qui peuvent coller à la surface du substrat.

Cette méthode d'évaporation produit des revêtements plus épais, permet une évaporation flash rapide et fonctionne bien pour les applications industrielles qui utilisent des contacts électriques.

L'évaporation par faisceau électronique utilise un faisceau d'électrons, concentrant une grande quantité d'énergie sur le matériau source dans un creuset refroidi à l'eau ou un foyer en cuivre.

Le faisceau d'électrons crée des températures extrêmement élevées qui vaporisent les matériaux à haute température de fusion. Cette vapeur se dépose ensuite sur un substrat, formant un film du matériau évaporé.

Avantages et inconvénients de la pulvérisation et de l'évaporation

Avantages de la pulvérisation

Selon le type de pulvérisation pour lequel vous optez, vous pourriez profiter de plusieurs avantages. Par exemple, les avantages offerts par la pulvérisation magnétron incluent :

• Uniformité, qui vous aide à obtenir un meilleur rendement
• Faibles niveaux d'impuretés
• Densité de film impressionnante, avec une contrainte modérée à élevée
• Taux d'évolutivité les plus élevés, avec automatisation disponible
• Taux de dépôt élevé, idéal pour les applications à haut débit

Alternativement, avec la pulvérisation par faisceau ionique, vous pouvez profiter d'avantages tels que :

• Excellente uniformité; le meilleur de tous les procédés PVD
• Les niveaux d'impuretés les plus bas de tous les procédés PVD
• Film de la plus haute qualité, supérieur à tous les procédés PVD
• Directionnalité excellente et hautement contrôlée
• Idéal pour les applications à basse température
• Dispersion et absorption inférieures à celles des autres procédés PVD

Inconvénients de la pulvérisation

Oui, la pulvérisation par faisceau d'ions crée les films les plus denses et de la plus haute qualité, et la pulvérisation par magnétron offre la plus grande évolutivité. Cependant, ces méthodes de dépôt physique en phase vapeur présentent quelques inconvénients.

Par exemple, les inconvénients que vous pourriez rencontrer avec la pulvérisation magnétron incluent :

• Faible directivité
• Coûts élevés
• Grande complexité du système
• Mauvais taux de dépôt pour les diélectriques
• Chauffage du substrat, en particulier lorsqu'il s'agit d'un matériau cible énergétique

La pulvérisation par faisceau d'ions présente également quelques inconvénients, tels que :

• Stress élevé
• Faible évolutivité, ce qui réduit le débit
• Faibles taux de dépôt
• Très complexe et coûteux
• Méthode de dépôt la plus lente

Avantages de l'évaporation

En ce qui concerne l'évaporation, l'évaporation thermique par faisceau d'électrons et résistive présente des avantages et des inconvénients distincts.

Par exemple, l'évaporation par faisceau d'électrons offre des avantages tels que :

• Faibles niveaux d'impuretés
• Bonne directivité
• Taux de dépôt élevés
• Haut débit
• Excellente uniformité lors de l'utilisation de masques et de planétaires
• Compatibilité de la source d'assistance ionique

Opter pour l'évaporation thermique résistive permet de profiter de :

• Taux de dépôt élevés
• Simplicité
• Bonne directivité
• Abordabilité
• Excellente uniformité

La méthode est également idéale pour les matériaux à bas point de fusion, peut être utilisée avec des non-métaux et des métaux, et convient aux applications qui utilisent des contacts électriques.

Inconvénients de l'évaporation

Les inconvénients de l'évaporation thermique résistive sont les suivants :

• Niveaux d'impuretés les plus élevés
• Évolutivité limitée
• Qualité de film basse densité
• Stress modéré du film
• Mauvaise uniformité sans masques et planétaires

Avec l'évaporation par faisceau d'électrons, vous devrez faire face à :

• Complexité modérée du système
• Résistance modérée au stress
• Évolutivité limitée à des taux de dépôt et d'utilisation réduits
• Coûts modérés

Conclusion - Lequel devriez-vous utiliser ?

Alors que la pulvérisation produit une meilleure uniformité et une meilleure qualité de film, elle est plus coûteuse et complexe. Alternativement, alors que l'évaporation est idéale pour les situations qui nécessitent un débit élevé et une production en volume, elle a une évolutivité limitée.

Lorsque vous décidez de la méthode à utiliser, choisissez l'option qui offre le bon équilibre entre rendement, coût, qualité de film et débit. Vous devez également tenir compte de l'application industrielle de la méthode et de vos préférences.

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Nous serions heureux de discuter avec vous de la différence entre la pulvérisation et l'évaporation et de la manière dont notre système HEX peut vous aider.