PVDtechnieken

PVD-technieken, of physical vapor deposition-technieken, omvatten processen waarbij materiaal uit een vaste of vloeibare bron in een vacuüm verdampt of gesputterd en daarna naar een substraat wordt getransporteerd om daar een dunne film af te zetten. Het verschil met CVD ligt in de aard van het proces: PVD berust op fysische verschijnselen in vacuüm in plaats van chemische reacties op het oppervlak. De gebruikte drukken liggen doorgaans tussen 10^-3 en 10^-9 torr, afhankelijk van de methode en het materiaal.

De belangrijkste PVD-methoden zijn evaporatie, sputtering (waaronder magnetron-sputteren), reactive sputtering, cathodische arc-depositie en pulsed laser deposition (PLD). Evaporatie verdampt het doelmateriaal en laat de damp condenseren op het substraat. Sputtering gebruikt ionen die atomen van het doel afschieten; magnetron-sputtering biedt efficiënte plasmavorming en betere dekking. Reactive sputtering introduceert een reactieve gas (bijv. stikstof of zuurstof) om films met een verbinding te vormen, zoals nitriden of oxiden. Cathodische arc-depositie levert hoogenergetische deeltjes en wordt vaak gebruikt voor harde coatings. PLD gebruikt korte laserpulsen om materiaal van het doel te verwijderen en op het substraat op te bouwen.

Procesparameters bepalen de filmkwaliteit. Basistische drukken variëren doorgaans van 10^-3 tot 10^-9 bar, en filmtemperaturen variëren van kamertemperatuur tot enkele honderden graden Celsius. Deposition rates liggen meestal tussen enkele ångström per seconde en tientallen nanometer per seconde, afhankelijk van de techniek. Dikte varieert van nanometer tot micrometer en de filmkenmerken zoals densiteit, stoichiometrie, textuur en hardheid worden beïnvloed door substraatkeuze, bronzuiverheid en eventuele post-depositie behandelingen.

Toepassingen van PVD-technieken omvatten harde coatings op gereedschappen en mechanische onderdelen (bijv. TiN, TiAlN, TiCN, DLC), coatings voor optische elementen en dielektrica, diffusiebarrières in elektronica en decoratieve coatings. De methoden bieden nauwkeurige controle over samenstelling en microstructuur, met hoge dichtheid en goede hechting.

Voordelen van PVD zijn onder meer hoge filmkwaliteit, geringe porositeit en flexibiliteit in materiaalkeuze; nadelen omvatten hoge investerings- en onderhoudskosten, mogelijke begrenzingen in afzetting bij complexe geometrieën en lagere afzettingssnelheden vergeleken met sommige CVD-processen.