انواع فرایندهای پیشرفته و مدرن PVD :
- رسوبدهی از طریق تبخیرسازی سطحی (Evaporation deposition) :
فرایندی است که در آن مواد ابتدا به وسیله یک قطعه مقاومت الکتریکی تحت شرایط خلاء کم حرارت داده شده سپس بر روی یک زیرپایه رسوب داده می شوند.
- رسوبدهی فیزیکی بخار توسط اشعه الکترونی (Electron beam pvd) :
فرایندی که در آن مواد جهت رسوب دهی بایستی ابتدا به وسیله یک منبع تحت شرایط خلا زیاد بمباران الکترونی شده و تحت فشار بخار زیاد تبخیر شوند.
- رسوبدهی توسط کاتدپرانی (Sputter depestion) :
در این فرایند یک محیط پلاسمای گرم و پر انرژی و خنثی مواد هدف را بمباران کرده و تبخیر می شوند.
- رسوبدهی به وسیله قوس کاتدی (cathodic Arc vapor deposition) :
فرایندی که در آن مواد پوسته هدف به وسیله یک قوس الکتریکی مستقیم و پر انرژی به حالت بخار تبدیل در می آیند .
هریک از فرایندهای بالا به طور جداگانه و به طور مفصل در قسمت های بعد توضیح داده خواهد شد ولی قبل از آن لازم است که درباره فرایندهای پوشش دهی سطح و عوامل مؤثر برآن توضیحاتی داده شود.
فرایندهای سطحی :
این فرایند شامل تغییر دادن خواص سطح و مناطق نزدیک سطح می باشد که می تواند توسط فرایند روکش کاری یا فرایند ترمیم سطحی انجام شود.
در فرایند پوشش دهی یک ماده بر سطح اضافه می شود و روی سطح را کاملاً می پوشاند به طوری که سطح اولیه دیگر قابل رویت نمی باشد. اما در فرایند ترمیم سطحی، خواص سطح تغییر می کند اما ماده اولیه سطح هنوز بر روی سطح وجود دارد.
هر فرایندی مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود را دارا می باشد. در بعضی موارد فرایند ترمیم سطحی می تواند جهت ترمیم و بهبود سطح زیرپایه مورد استفاده قرار گیرد قبل از اینکه بخواهیم فرایند رسوبدهی و پوشش دهی بر روی سطح را شروع کنیم. به عنوان مثال سطح یک فولاد می تواند به وسیله محیط پلاسما نیتروژن سخت شود قبل از اینکه توسط فرایند PVD یک رسوب سخت بر روی آن ایجاد شود.
گاهی اوقات فرایند ترمیم و بهبود سطح می تواند پس از انجام فرایند رسوبدهی جهت تغییر خواص و ویژگی های پوشش ایجاد شده مورد استفاده قرار گیرد. برای مثال خواص مکانیکی پوشش های ایجاد شده توسط فرایند کاتدپرانی بر روی سطح پره توربین یک هواپیما را می توان توسط فرایند ساچمه زنی بهبود بخشید و شدن پوشش و دانسیته آنها را افزایش داد. فرایند رسوبدهی فیلم ها و لایه ها به صورت اتمی فرایندی است که در آن مواد تبخیر شده اتم به اتم بر روی سطح مورد نظر رسوب داده می شوند.
لایه های به دست آمده می تواند از محدوده تک کریستال تا آمورف، کاملاً متراکم تا کمی متراکم، خالص تا ناخالص و نازک تا ضخیم تغییر کند .
معمولاً واژه لایه های نازک برای لایه هایی به کار برده می شود که ضخامتی در حدود یک نانومتر تا چند میکرون داشته باشند و می تواند به نازکی لایه های چند اتمی باشد.
قطعات نیمه هادی الکترونیکی و پوشش های نوری، اصلی ترین کاربردهای سودمند این لایه ها می باشد .
در اغلب موارد، خواص این لایه ها توسط مواد زیر پایه تحت تأثیر قرار می گیرد و این خواص می تواند در سر تا سر ضخامت لایه تغییر کند. لایه های با ضخامت بیشتر معمولاً روکش نامیده می شوند. فرایندهای رسوبدهی اتمی می تواند در یک محیط خلا، پلاسما، گازی یا الکترولیتی انجام گیرد .
فرایندهای PVD که اغلب فرایندهای فیلم نازک نامیده می شوند جز فرایندهای رسوبدهی اتمی می باشند که در آن مواد از یک منبع مایع یا جامد بخار شده و به شکل بخار از طریق یک محیط خلاء یا محیط با گازهای کم فشار (پلاسما) به سمت یک زیرپایه انتقال یافته و بر روی آن رسوب داده شده و متراکم می شوند. در بعضی از منابع آورده شده که این فرایند جز فرایندهای رسوبدهی مولکولی یا یونی نیز می باشد .
به طور نمونه فرایندهای PVD برای رسوب فیلم های با ضخامت در حدود چند نانومتر تا هزار نانومتر به کار برده می شوند اگرچه می توان از آنها برای تشکیل پوشش های چند لایه ای، رسوبدهی لایه هایی از جنس ترکیب زیرپایه و رسوب های بسیار ضخیم نیز استفاده کرد.
اندازه زیرپایه می تواند کوچک یا بزرگ باشد و شکل آنها نیز می تواند به صورت ساده یا پیچیده تغییر کند. سرعت رسوبدهی در فرایند PVD از 100- 10 آنگستروم بر ثانیه متغیر می باشد .
فرایندهای PVD در واقع یک فرایند جایگزین روش آبکاری می باشد و از جهاتی شبیه به فرایند CVD می باشد اما نسبت به آن مزایا و معایبی دارد .
در فرایندهای CVD رشد لایه ها در دماهای بالا رخ می دهد که منجر به تشکیل محصولات گازی خورنده می شود و ممکن است باعث ایجاد ناخالص در لایه های پوشش داده شده گردد اما فرایندهای PVD می تواند در دماهای رسوبدهی پایین تر و بدون ایجاد محصولات خورنده و ناخالص در لایه ها انجام گیرد ولی سرعت رسوبدهی آن پایین است و باعث ایجاد تنش های پس ماند فشاری در لایه ها خواهد شد .
انواع روش های رسوب فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition Techniques)
به دو روش عمده انجام می گیرند که عبارتند از:
- تبخیر (Evaporation)
- کندوپاش (Sputtering)
ساده‌ترین روش تبخیر، استفاده از گرمایش مقاومتی است. در این روش، منبع، گرم‌تر از زیرپایه است و مواد از منبع تبخیر شده و روی زیرپایه سردتر متراکم می شوند. در این مورد باید نکاتی رعایت شوند که عبارتند از:
1- ماده اولیه باید به فشار بخار مطلوبی برسد.
2- ترکیب بخار تولید شده باید طبق فرمول شیمیایی ترکیب نشانده شده روی زیرپایه، تنظیم شود.
3- بخار تولید شده به زیرپایه بچسبد.
شکل روبرو طرح ساده‌ای از دستگاه PVD است. صفحه‌ای با قطر 20 cm تقریبا در 20 cm منبع تبخیر قرار دارد. سرعت رشد فیلم نازک از فرمول زیر به دست می آید:
:m سرعت تبخیر (g/s)
ρ: چگالی بخار
r: فاصله زیرپایه از منبع cm
Φ: زاویه منبع تا خط عمود بر زیرپایه
اگر تحت چنین شرایطی فیلم نازکی با ضخامت 10μm نشانده شود، ضخامت لبه های فیلم 9μm است. در واقع فیلم غیریکنواختی ایجاد می شود. این پدیده ناشی از هندسه دستگاه است. می توان برای تهیه فیلم یکنواخت، سطح فیلم مورد نظر را به صورت کره ای بزرگ تغییر داد. در این صورت کسینوس معادله فوق، به شکل r/2r0 تغییر می‌کند و r0 برابر با شعاع کره است. همچنین برای تهیه فیلم یکنواخت‌تر، می توان از زیرپایه چرخان استفاده کرد.
به دلیل ساده بودن این روش، هنوز به عنوان یک روش معمولی مورد استفاده قرار می گیرد. از مزایای دیگر این روش می توان به سرعت بالای رسوب و نیز سرد بودن زیرپایه اشاره کرد. به دلیل سرد بودن زیرپایه می توان فیلم نازک را روی زیرپایه پلیمری آلی نشاند. فرآیند متراکم کردن باید در خلا بالا انجام شود تا از انجام واکنش شیمیایی جلوگیری شود. همچنین فیلمی با درصد خلوص بالاتری ایجاد می شود.
اگر نتوان با استفاده از روش گرمایش مقاومتی ماده موردنظر را تبخیر کرد، می توان از منابع گرمایی دیگر مانند باریکه الکترونی استفاده کرد. در نشست فیزیکی بخار با استفاده از باریکه الکترونی (EB-PVD) به‌طور مستقیم یک باریکه پرقدرت الکترونی (~20kv، ~500mA) به عنوان منبع گرمایی استفاده می شود.
دانلود تحقیق تحت عنوان انواع فرایندهای پیشرفته و مدرن PVD در قالب word در 33 صفحه