PVDmethoden

PVDmethoden (Physical Vapor Deposition) umfassen Verfahren, bei denen Material aus einer Festkörperquelle durch Verdampfen oder durch energiereichen Teilchenbeschuss in eine dünne Schicht überführt wird. Die Prozesse finden typischerweise unter Vakuumbedingungen statt und erzeugen dichte, gut haftende Beschichtungen aus Metallen, Oxiden, Nitriden oder Carbiden. Im Gegensatz zu chemischen Abscheidungsverfahren (CVD) beruhen PVD-Verfahren auf physikalischen Mechanismen.

Zu den wichtigsten PVD-Methoden gehören Verdampfen (Evaporation), Sputtering, Pulsed Laser Deposition (PLD) sowie ionenunterstützte Abscheidung und katodenbogenbasierte Beschichtungen. Zielmaterialien sind breit gefächert, von Reinsubstanzen bis zu Legierungen; typische Beschichtungen finden sich in Werkzeugschichten, Verschleißschutz, Optik und Elektronik.

Beim Verdampfen wird Material im Vakuum erhitzt, bis es verdampft. Thermisches Verdampfen nutzt Widerstands- oder Schmelzheizungen; Elektronenstrahlverdampfung setzt Elektronenenergie gezielt ein. Die abgedampften Spezies kondensieren auf dem Substrat und bilden eine Schicht. Vorteile sind hohe Reinheit und geringe Partikelzahlen; Nachteile sind begrenzte Abschichtung auf unregelmäßigen Geometrien und oft niedrigere Wachstumsraten.

Sputtering erzeugt Material aus dem Ziel durch Beschuss mit energiereichen Ionen (typisch Argon). Magnetron-Sputtering (DC oder RF) ist die am häufigsten eingesetzte Variante; Reactive Sputtering verwendet Reagenzgasse wie Stickstoff oder Sauerstoff, um Nitride bzw. Oxide zu bilden. Die Filme sind in der Regel dicht, gut haftend und stabil.

PLD verwendet kurze Laserimpulse, um Material vom Ziel abzutragen; das dabei emittierte Plasma kondensiert größtenteils stoichiometrisch auf dem Substrat, was besonders bei Oxiden und komplexen Keramiken vorteilhaft ist. Ionenunterstützte PVD (IAD) nutzt zusätzliche Ionen, um Dichte, Stresskontrolle und Haftung zu verbessern, oft in Sputter- oder Verdampfungsprozessen.

Katodenbogenbeschichtung erzeugt hoch ionisierte Dampfstrahlen durch wiederholte Bögen von der Kathode. Sie liefert sehr harte, gut haftende Schichten (z. B. TiN, CrN) und eignet sich für Verschleißschutz, hat jedoch Makro-Partikel-Bildung und Herausforderungen bei großflächigen Substraten.

Anwendungsfelder umfassen Werkzeug- und Verschleißschutzschichten, optische Beschichtungen, dekorative Metallveredelung sowie Schutz- und Elektronikschichten. Die Wahl der Methode hängt ab von Material, gewünschter Zusammensetzung, Geometrie, Haftung, Zieldicke und Kosten.