Jaka jest różnica między rozpylaniem a parowaniem?

Chociaż istnieje wiele metod fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD), dwie z najbardziej powszechnych to rozpylanie plazmowe i odparowywanie wiązką elektronów. Znajomość różnicy między rozpylaniem a odparowywaniem może pomóc w określeniu, która opcja lepiej pasuje do Twojej aplikacji PVD.

Podczas rozpylania jony wysokoenergetyczne zderzają się z celem w celu oderwania lub rozpylenia atomów z materiału docelowego. Alternatywnie, odparowanie polega na podgrzaniu materiału źródłowego powyżej temperatury parowania.

Choć może to zabrzmieć prosto, metody PVD to znacznie więcej. Ten post porównuje te dwie metody, wyjaśniając, czym one są i podkreślając ich zalety i wady.

Wyjaśnienie rozpylania

Napylanie to proces PVD, który umożliwia tworzenie cienkich warstw przy użyciu rozpylanych atomów. Systemy napylania są dostępne w różnych typach, w tym napylaniu wiązką jonów i magnetronem.

Rozpylanie jonowe polega na skupieniu wiązki jonowo-elektronowej na celu w celu napylenia materiału na podłoże.

Proces rozpoczyna się od umieszczenia powierzchni wymagającej powłoki w komorze próżniowej wypełnionej obojętnymi, niereaktywnymi atomami gazu.

Materiał źródłowy otrzymuje następnie ładunek ujemny, który przekształca go w katodę i powoduje przepływ swobodnych elektronów. Następnie swobodne elektrony zderzają się z elektronami otaczającymi ujemnie naładowane atomy gazu.

W rezultacie elektrony gazu są wypychane, przekształcając atomy gazu w dodatnio naładowane jony o wysokiej energii. Materiał źródłowy następnie przyciąga te jony, które zderzają się z tak dużą prędkością, że odrywają cząsteczki wielkości atomowej.

Napylane cząstki ostatecznie przechodzą przez komorę, lądując na podłożu, tworząc warstwę wyrzucanych jonów docelowych.

Ponieważ jony mają jednakową kierunkowość i energię, proces ten pomaga osiągnąć wysoką gęstość i jakość filmu.

Z drugiej strony rozpylanie magnetronowe jest metodą powlekania opartą na plazmie, w której dodatnio naładowane jony z plazmy zamkniętej magnetycznie zderzają się z ujemnie naładowanymi materiałami źródłowymi. Zderzenie wyrzuca atomy z materiału, osadzając je na podłożu.

Ponieważ proces zachodzi w zamkniętym polu magnetycznym, lepiej wychwytuje elektrony, zwiększając wydajność. W ten sposób metoda pomaga uzyskać dobrą jakość folii i oferuje najwyższą skalowalność ze wszystkich metod PVD.

Wyjaśnienie parowania termicznego

Główna różnica między napylaniem a odparowywaniem polega na sposobie tworzenia powłok powłokowych.

Możesz przeczytać więcej o tej metodzie PVD w szczegółowym artykule Korvus Technology dotyczącym odparowywania termicznego .

Odparowanie termiczne opiera się na cieple odparowującym lub sublimującym stały materiał źródłowy. Jednak, podobnie jak rozpylanie, odparowywanie termiczne występuje również w wielu formach, odparowywania termicznego rezystancyjnego i odparowywania wiązką elektronów.

W przypadku rezystancyjnego odparowywania termicznego energia cieplna jest pobierana z rezystancyjnego źródła ciepła i doprowadzana do materiału źródła w stanie stałym w komorze próżniowej. Ciepło odparowuje materiał i tworzy parę pod wysokim ciśnieniem, która skrapla się na podłożu i tworzy cienką warstwę.

Ze względu na środowisko, które tworzy komora próżniowa, nawet para o niskim ciśnieniu może stworzyć chmurę pary odparowanych cząstek, która może przykleić się do powierzchni podłoża.

Ta metoda odparowywania daje grubsze powłoki, umożliwia szybkie odparowanie błyskawiczne i dobrze sprawdza się w zastosowaniach przemysłowych wykorzystujących styki elektryczne.

Odparowywanie wiązką elektronów wykorzystuje wiązkę elektronów, skupiając dużą ilość energii na materiale źródłowym w chłodzonym wodą tyglu lub miedzianym trzonie.

Wiązka elektronów wytwarza ekstremalnie wysokie temperatury, które odparowują materiały o wysokich temperaturach topnienia. Ta para osadza się następnie na podłożu, tworząc warstwę odparowanego materiału.

Plusy i minusy rozpylania i odparowywania

Zalety rozpylania

W zależności od rodzaju rozpylania, które wybierzesz, możesz uzyskać kilka korzyści. Na przykład zalety rozpylania magnetronowego obejmują:

• Równomierność, która pomaga osiągnąć lepszy plon
• Niski poziom zanieczyszczeń
• Imponująca gęstość powłoki, przy umiarkowanym lub wysokim naprężeniu
• Najwyższe współczynniki skalowalności z dostępną automatyzacją
• Wysoka wydajność osadzania, idealna do zastosowań o dużej przepustowości

Alternatywnie, dzięki rozpylaniu wiązką jonów, możesz cieszyć się korzyściami, takimi jak:

• Doskonała jednorodność; najlepszy ze wszystkich procesów PVD
• Najniższy poziom zanieczyszczeń spośród wszystkich procesów PVD
• Folia najwyższej jakości, wyższa niż wszystkie procesy PVD
• Doskonała i wysoce kontrolowana kierunkowość
• Idealny do zastosowań w niskich temperaturach
• Niższe rozproszenie i absorpcja niż inne procesy PVD

Wady rozpylania

Tak, rozpylanie wiązką jonów tworzy najgęstsze, najbardziej wysokiej jakości filmy, a rozpylanie magnetronowe zapewnia najwyższą skalowalność. Jednak te fizyczne metody osadzania z fazy gazowej mają kilka wad.

Na przykład wady, które można napotkać w przypadku rozpylania magnetronowego, obejmują:

• Niska kierunkowość
• Wysokie koszty
• Wysoka złożoność systemu
• Słabe wskaźniki osadzania dielektryków
• Ogrzewanie podłoża, zwłaszcza w przypadku energetycznego materiału docelowego

Rozpylanie jonowe ma również kilka wad, takich jak:

• Duży stres
• Niska skalowalność, która zmniejsza przepustowość
• Niskie stopy depozytowe
• Bardzo skomplikowane i kosztowne
• Najwolniejsza metoda osadzania

Plusy parowania

Jeśli chodzi o parowanie, zarówno e-beam, jak i rezystancyjne parowanie termiczne mają wyraźne zalety i wady.

Na przykład odparowywanie wiązką elektryczną oferuje takie korzyści, jak:

• Niski poziom zanieczyszczeń
• Dobra kierunkowość
• Wysokie stawki depozytowe
• Wysoka przepustowość
• Doskonała jednorodność podczas używania masek i planetarnych
• Kompatybilność źródła wspomaganego jonami

Decydując się na rezystancyjne odparowanie termiczne, możesz cieszyć się następującymi korzyściami:

• Wysokie stawki depozytowe
• Prostota
• Dobra kierunkowość
• Przystępność cenowa
• Doskonała jednorodność

Metoda jest również idealna do materiałów o niskich temperaturach topnienia, może być stosowana z niemetalami i metalami oraz nadaje się do zastosowań, w których wykorzystuje się styki elektryczne.

Wady parowania

Wady rezystancyjnego parowania termicznego obejmują:

• Najwyższy poziom zanieczyszczeń
• Ograniczona skalowalność
• Jakość filmu o niskiej gęstości
• Umiarkowany stres filmowy
• Słaba jednorodność bez masek i planetarnych

W przypadku odparowywania e-beam będziesz musiał zmagać się z:

• Umiarkowana złożoność systemu
• Umiarkowana odporność na stres
• Ograniczona skalowalność przy zmniejszonych szybkościach osadzania i wykorzystaniu
• Umiarkowane koszty

Wniosek – którego powinieneś użyć?

Podczas gdy rozpylanie zapewnia lepszą jednorodność i jakość filmu, jest bardziej kosztowne i złożone. Alternatywnie, chociaż odparowywanie jest idealne w sytuacjach wymagających dużej przepustowości i produkcji masowej, ma ograniczoną skalowalność.

Decydując, której metody użyć, wybierz opcję, która zapewnia odpowiednią równowagę wydajności, kosztów, jakości folii i przepustowości. Należy również wziąć pod uwagę przemysłowe zastosowanie metody i swoje preferencje.

Potrzebujesz pomocy w podjęciu decyzji? Skontaktuj się z firmą Korvus Technology.

Z przyjemnością porozmawiamy z Tobą o różnicy między rozpylaniem a odparowywaniem oraz o tym, jak nasz system HEX może w tym pomóc.