В чем разница между распылением и испарением?

Хотя существует несколько методов физического осаждения из паровой фазы (PVD), плазменное напыление и электронно-лучевое испарение являются двумя наиболее распространенными. Знание разницы между напылением и испарением может помочь вам определить, какой вариант лучше подходит для вашего применения PVD.

При распылении энергичные ионы сталкиваются с мишенью, чтобы отделить или распылить атомы от материала мишени. В качестве альтернативы испарение включает нагревание исходного материала выше его температуры испарения.

Как бы просто это ни звучало, в этих методах PVD есть гораздо больше. В этом посте сравниваются два метода, объясняются их преимущества и недостатки.

Распыление объяснил

Напыление — это процесс PVD, который позволяет создавать тонкие пленки с использованием распыленных атомов. Системы распыления бывают различных типов, включая ионно-лучевое и магнетронное распыление.

Ионно-лучевое распыление включает в себя фокусировку ионно-электронного луча на мишени для распыления материала на подложку.

Процесс начинается с помещения поверхности, которая нуждается в покрытии, в вакуумную камеру, заполненную инертными, нереакционноспособными атомами газа.

Затем исходный материал получает отрицательный заряд, который превращает его в катод и вызывает поток свободных электронов. Затем свободные электроны сталкиваются с электронами, окружающими отрицательно заряженные атомы газа.

В результате электроны газа удаляются, превращая атомы газа в положительно заряженные высокоэнергетические ионы. Затем исходный материал притягивает эти ионы, которые сталкиваются с такой высокой скоростью, что отрывают частицы атомного размера.

Распыленные частицы, наконец, пересекают камеру и приземляются на подложку, создавая пленку из выброшенных ионов-мишеней.

Поскольку ионы имеют одинаковую направленность и энергию, этот процесс позволяет достичь высокой плотности и качества пленки.

С другой стороны, магнетронное напыление представляет собой метод покрытия на основе плазмы, при котором положительно заряженные ионы из удерживаемой магнитом плазмы сталкиваются с отрицательно заряженными исходными материалами. Столкновение выбрасывает атомы из материала, откладывая их на подложку.

Поскольку процесс происходит в замкнутом магнитном поле, он лучше захватывает электроны, повышая эффективность. Таким образом, этот метод помогает производить пленку хорошего качества и обеспечивает максимальную масштабируемость среди всех методов PVD.

Объяснение термического испарения

Основное различие между распылением и испарением заключается в том, как они создают пленки покрытия.

Подробнее об этом методе PVD можно прочитать в подробной статье о термическом испарении Korvus Technology .

Термическое испарение основано на тепле для испарения или сублимации твердого исходного материала. Однако, подобно распылению, термическое испарение также имеет множество форм: резистивное термическое испарение и электронно-лучевое испарение.

При резистивном термическом испарении тепловая энергия извлекается из резистивного источника тепла и подается на твердотельный исходный материал в вакуумной камере. Тепло испаряет материал и создает пар под высоким давлением, который конденсируется на подложке и образует тонкую пленку.

Из-за окружающей среды, которую создает вакуумная камера, даже пар низкого давления может создать паровое облако из испаренных частиц, которые могут прилипнуть к поверхности подложки.

Этот метод испарения дает более толстые покрытия, обеспечивает быстрое мгновенное испарение и хорошо подходит для промышленных применений, в которых используются электрические контакты.

В электронно-лучевом испарении используется электронный пучок, фокусирующий большое количество энергии на исходном материале в тигле с водяным охлаждением или медном поду.

Электронный луч создает чрезвычайно высокие температуры, которые испаряют материалы с высокими температурами плавления. Затем этот пар оседает на подложку, образуя пленку испаряемого материала.

Плюсы и минусы распыления и испарения

Плюсы напыления

В зависимости от того, какой тип напыления вы выберете, вы можете получить несколько преимуществ. Например, преимущества магнетронного распыления включают:

• Равномерность, которая поможет вам добиться лучшего выхода
• Низкий уровень примесей
• Впечатляющая плотность пленки при нагрузке от умеренной до высокой
• Высочайшие показатели масштабируемости с доступной автоматизацией
• Высокая скорость осаждения, идеально подходит для приложений с высокой пропускной способностью

В качестве альтернативы ионно-лучевому распылению вы можете пользоваться такими преимуществами, как:

• Отличная однородность; лучший из всех процессов PVD
• Самый низкий уровень примесей среди всех процессов PVD
• Пленка высочайшего качества, превосходящая все процессы PVD
• Отличная и хорошо контролируемая направленность
• Идеально подходит для низкотемпературных применений
• Меньшее рассеяние и поглощение по сравнению с другими процессами PVD

Минусы распыления

Да, ионно-лучевое распыление создает самые плотные и высококачественные пленки, а магнетронное распыление обеспечивает максимальную масштабируемость. Однако эти методы физического осаждения из паровой фазы имеют несколько недостатков.

Например, недостатки, с которыми вы можете столкнуться при магнетронном распылении, включают:

• Низкая направленность
• Высокие затраты
• Высокая сложность системы
• Плохая скорость осаждения диэлектриков
• Нагрев подложки, особенно при работе с энергетическим материалом мишени

Ионно-лучевое распыление также имеет несколько недостатков, таких как:

• Высокий стресс
• Низкая масштабируемость, что снижает пропускную способность
• Низкий уровень отложений
• Очень сложная и дорогая
• Самый медленный метод осаждения

Плюсы испарения

Что касается испарения, то как электронно-лучевое, так и резистивное термическое испарение имеют явные преимущества и недостатки.

Например, электронно-лучевое испарение предлагает такие преимущества, как:

• Низкий уровень примесей
• Хорошая направленность
• Высокая скорость осаждения
• Высокая пропускная способность
• Отличная однородность при использовании масок и планетарных
• Совместимость с ионно-активным источником

Выбор резистивного термического испарения позволяет вам наслаждаться следующим:

• Высокая скорость осаждения
• Простота
• Хорошая направленность
• Доступность
• Отличная однородность

Этот метод также идеально подходит для материалов с низкой температурой плавления, может использоваться с неметаллами и металлами и подходит для приложений, в которых используются электрические контакты.

Минусы испарения

К недостаткам резистивного термического испарения можно отнести следующее:

• Самый высокий уровень примесей
• Ограниченная масштабируемость
• Качество пленки низкой плотности
• Умеренный киностресс
• Плохая однородность без масок и планетарных

При электронно-лучевом испарении вам придется столкнуться с:

• Умеренная сложность системы
• Умеренная стрессоустойчивость
• Ограниченная масштабируемость при сниженных скоростях осаждения и использовании
• Умеренные затраты

Вывод – что использовать?

Хотя напыление обеспечивает лучшую однородность и качество пленки, оно является более дорогостоящим и сложным. В качестве альтернативы, хотя выпаривание идеально подходит для ситуаций, требующих высокой производительности и объемного производства, оно имеет ограниченную масштабируемость.

При принятии решения о том, какой метод использовать, выберите вариант, обеспечивающий правильный баланс производительности, стоимости, качества пленки и производительности. Вы также должны учитывать промышленное применение метода и свои предпочтения.

Вам нужна помощь с вашим решением? Обратитесь в Korvus Technology.

Мы будем рады поговорить с вами о разнице между распылением и испарением и о том, как наша система HEX может помочь.