Qual è la differenza tra sputtering ed evaporazione?

Sebbene esistano più metodi di deposizione fisica da vapore (PVD), lo sputtering al plasma e l'evaporazione con fascio di elettroni sono due dei più comuni. Conoscere la differenza tra sputtering ed evaporazione può aiutarti a determinare quale opzione si adatta meglio alla tua applicazione PVD.

Nello sputtering, gli ioni energetici entrano in collisione con un bersaglio per staccare o spruzzare atomi dal materiale bersaglio. In alternativa, l'evaporazione comporta il riscaldamento del materiale sorgente oltre la sua temperatura di vaporizzazione.

Per quanto semplice possa sembrare, c'è molto di più in questi metodi PVD. Questo post mette a confronto i due metodi, spiegando cosa sono ed evidenziandone pro e contro.

Sputtering spiegato

Lo sputtering è un processo PVD che consente la creazione di film sottili utilizzando atomi spruzzati. I sistemi di sputtering sono disponibili in vari tipi, tra cui sputtering a fascio ionico e magnetron.

Lo sputtering del raggio ionico comporta la focalizzazione di un raggio ione-elettrone su un bersaglio per spruzzare materiale su un substrato.

Il processo inizia posizionando la superficie che necessita del rivestimento all'interno di una camera a vuoto riempita con atomi di gas inerti e non reattivi.

Il materiale sorgente riceve quindi una carica negativa, che lo converte in un catodo e fa fluire da esso elettroni liberi. Gli elettroni liberi entrano quindi in collisione con gli elettroni che circondano gli atomi di gas caricati negativamente.

Di conseguenza, gli elettroni del gas vengono allontanati, convertendo gli atomi del gas in ioni caricati positivamente e ad alta energia. Il materiale sorgente quindi attrae questi ioni, che si scontrano a una velocità così elevata da staccare particelle di dimensioni atomiche.

Le particelle polverizzate infine attraversano la camera, atterrando sul substrato per creare un film di ioni target espulsi.

Poiché gli ioni possiedono la stessa direzionalità ed energia, questo processo consente di ottenere un'elevata densità e qualità del film.

D'altra parte, lo sputtering del magnetron è un metodo di rivestimento basato sul plasma in cui gli ioni caricati positivamente dal plasma confinato magneticamente entrano in collisione con materiali sorgente caricati negativamente. La collisione espelle gli atomi dal materiale, depositandoli su un substrato.

Con il processo che si verifica in un campo magnetico chiuso, intrappola meglio gli elettroni, aumentando l'efficienza. In tal modo, il metodo aiuta a produrre film di buona qualità e offre la massima scalabilità di qualsiasi metodo PVD.

Spiegazione dell'evaporazione termica

La principale differenza tra sputtering ed evaporazione sta nel modo in cui creano film di rivestimento.

Puoi leggere di più su questo metodo PVD nell'articolo dettagliato sull'evaporazione termica di Korvus Technology .

L'evaporazione termica si basa sul calore per evaporare o sublimare un materiale di origine solida. Tuttavia, analogamente allo sputtering, anche l'evaporazione termica si presenta in numerose forme, evaporazione termica resistiva ed evaporazione con raggio elettronico.

Con l'evaporazione termica resistiva, l'energia termica viene recuperata da una sorgente di calore resistiva e applicata al materiale della sorgente a stato solido in una camera a vuoto. Il calore fa evaporare il materiale e crea vapore ad alta pressione, che si condensa su un substrato e forma una pellicola sottile.

A causa dell'ambiente creato dalla camera a vuoto, anche il vapore a bassa pressione può creare una nuvola di vapore di particelle evaporate che possono aderire alla superficie del substrato.

Questo metodo di evaporazione produce rivestimenti più spessi, consente una rapida evaporazione flash e funziona bene per le applicazioni industriali che utilizzano contatti elettrici.

L'evaporazione a fascio elettronico utilizza un fascio di elettroni, concentrando una grande quantità di energia sul materiale sorgente in un crogiolo raffreddato ad acqua o in un focolare di rame.

Il fascio di elettroni crea temperature estremamente elevate che vaporizzano materiali con elevate temperature di fusione. Questo vapore si deposita quindi su un substrato, formando una pellicola del materiale evaporato.

Pro e contro dello sputtering e dell'evaporazione

Vantaggi dello sputtering

A seconda del tipo di sputtering che scegli, potresti godere di diversi vantaggi. Ad esempio, i vantaggi offerti dallo sputtering del magnetron includono:

• Uniformità, che ti aiuta a ottenere una resa migliore
• Bassi livelli di impurità
• Impressionante densità del film, con stress da moderato a elevato
• Massimi tassi di scalabilità, con automazione disponibile
• Alto tasso di deposizione, ideale per applicazioni con elevata produttività

In alternativa, con lo sputtering del raggio ionico, potresti godere di vantaggi come:

• Eccellente uniformità; il migliore di tutti i processi PVD
• I più bassi livelli di impurità di qualsiasi processo PVD
• Film di altissima qualità, superiore a tutti i processi PVD
• Direzionalità eccellente e altamente controllata
• Ideale per applicazioni a bassa temperatura
• Dispersione e assorbimento inferiori rispetto ad altri processi PVD

Contro di Sputtering

Sì, lo sputtering del raggio ionico crea i film più densi e di alta qualità e lo sputtering del magnetron offre la massima scalabilità. Tuttavia, questi metodi di deposizione fisica da vapore presentano alcuni aspetti negativi.

Ad esempio, gli svantaggi che potresti riscontrare con lo sputtering del magnetron includono:

• Bassa direzionalità
• Costi elevati
• Elevata complessità del sistema
• Scarse velocità di deposizione per i dielettrici
• Riscaldamento del substrato, specialmente quando si ha a che fare con un materiale target energetico

Lo sputtering del raggio ionico presenta anche alcuni svantaggi, come ad esempio:

• Elevato stress
• Bassa scalabilità, che riduce il throughput
• Bassi tassi di deposito
• Molto complesso e costoso
• Metodo di deposizione più lento

Vantaggi dell'evaporazione

Per quanto riguarda l'evaporazione, sia l'e-beam che l'evaporazione termica resistiva presentano vantaggi e svantaggi distinti.

Ad esempio, l'evaporazione e-beam offre vantaggi quali:

• Bassi livelli di impurità
• Buona direzionalità
• Alti tassi di deposito
• Alto rendimento
• Ottima uniformità nell'utilizzo di maschere e planetarie
• Compatibilità con la sorgente Ion-assist

La scelta dell'evaporazione termica resistiva consente di godere di quanto segue:

• Alti tassi di deposito
• Semplicità
• Buona direzionalità
• Convenienza
• Eccellente uniformità

Il metodo è ideale anche per materiali con punti di fusione bassi, può essere utilizzato con non metalli e metalli ed è adatto per applicazioni che utilizzano contatti elettrici.

Contro dell'evaporazione

Gli svantaggi dell'evaporazione termica resistiva includono quanto segue:

• Massimi livelli di impurità
• Scalabilità limitata
• Qualità del film a bassa densità
• Moderato stress cinematografico
• Scarsa uniformità senza mascherine e planetaria

Con l'evaporazione e-beam, dovrai fare i conti con:

• Moderata complessità del sistema
• Moderata resistenza allo stress
• Scalabilità limitata a tassi di deposizione e utilizzo ridotti
• Costi moderati

Conclusione: quale dovresti usare?

Sebbene lo sputtering produca una migliore uniformità e qualità del film, è più costoso e complesso. In alternativa, mentre l'evaporazione è ideale per situazioni che richiedono un'elevata produttività e produzione di volume, ha una scalabilità limitata.

Quando decidi quale metodo utilizzare, scegli l'opzione che offre il giusto equilibrio tra rendimento, costo, qualità della pellicola e produttività. Dovresti anche considerare l'applicazione industriale del metodo e le tue preferenze.

Hai bisogno di aiuto con la tua decisione? Contatta la tecnologia Korvus.

Saremo felici di parlare con te della differenza tra sputtering ed evaporazione e di come il nostro sistema HEX può aiutarti.