Fyzikálne nanášanie z plynnej fázy (PVD) a chemické nanášanie z plynnej fázy (CVD) sú dve významné techniky nanášania tenkých vrstiev široko používané v rôznych priemyselných odvetviach. Ako dodávateľ terčov na báze boridu titaničitého (TiB₂) je pochopenie rozdielov medzi používaním terčov TiB₂ v PVD a CVD kľúčové pre poskytovanie najvhodnejších riešení našim zákazníkom.
1. Princíp a proces
PVD
PVD je fyzikálny proces, pri ktorom sa materiál z terča TiB₂ odparuje a potom sa nanáša na substrát. V rámci PVD existuje niekoľko metód, ako je naprašovanie a odparovanie. Pri naprašovaní sa vysokoenergetické ióny (zvyčajne argónové ióny) urýchľujú smerom k terču TiB₂. Tieto ióny sa zrazia s cieľovým povrchom a vyradia atómy alebo molekuly TiB₂. Tieto vyvrhnuté častice potom prechádzajú vákuovým prostredím a ukladajú sa na substrát za vzniku tenkého filmu.
Proces je vysoko kontrolovateľný z hľadiska rýchlosti nanášania a hrúbky filmu. Napríklad úpravou energie iónov a rozprašovacieho výkonu môžeme presne kontrolovať, koľko TiB₂ sa ukladá za jednotku času. Vďaka tomu je PVD vhodný pre aplikácie, kde sa vyžaduje presná hrúbka filmu a vysokokvalitná povrchová úprava, ako napríklad v polovodičovom priemysle na poťahovanie mikročipov.
CVD
Na druhej strane CVD je chemický proces. Pri CVD reagujú plynné prekurzory obsahujúce titán a bór na povrchu substrátu za vzniku TiB2. Ako prekurzory možno použiť napríklad chlorid titaničitý (TiCl4) a chlorid boritý (BC13). Tieto plyny sa zavádzajú do reakčnej komory spolu s redukčným činidlom, ako je vodík. Pri vysokých teplotách prebiehajú na povrchu substrátu chemické reakcie, ktoré vedú k ukladaniu TiB₂.
Výhoda CVD spočíva v jeho schopnosti rovnomerne potiahnuť komplexne tvarované substráty. Keďže k depozícii dochádza prostredníctvom chemických reakcií v plynnej fáze, plyn sa môže dostať do všetkých častí substrátu, dokonca aj do oblastí, ktoré sú pri PVD ťažko prístupné. Vďaka tomu je CVD preferovanou voľbou pre poťahovanie komponentov so zložitou geometriou, ako sú lopatky turbín v leteckom priemysle.
2. Vlastnosti filmu
PVD - Deponované filmy TiB₂
PVD - nanesené filmy TiB₂ majú zvyčajne hustú a stĺpcovú štruktúru. Fólie dobre priľnú k podkladu a môžu mať vysokú tvrdosť a dobrú odolnosť proti opotrebeniu. Tvrdosť PVD - nanesených TiB₂ filmov môže dosiahnuť až 30 - 40 GPa, čo ich robí vhodnými pre aplikácie, kde je potrebná ochrana proti opotrebeniu, ako sú rezné nástroje.
Okrem toho môžu mať PVD nanesené filmy vynikajúcu hladkosť povrchu. Presné riadenie procesu nanášania umožňuje vytváranie filmov s nízkou drsnosťou povrchu, čo je výhodné pre aplikácie, kde sú dôležité optické alebo elektrické vlastnosti. Napríklad v niektorých optických zariadeniach môže hladký povrch filmu TiB₂ znížiť rozptyl svetla a zlepšiť výkon zariadenia.
CVD - Deponované filmy TiB₂
CVD - nanesené TiB₂ filmy majú často rovnoosú štruktúru zŕn v porovnaní s PVD - nanesenými filmami. Tieto filmy môžu mať vysokú čistotu, pretože chemické reakcie v CVD možno starostlivo kontrolovať, aby sa minimalizovali nečistoty. Vysokoteplotné prostredie v CVD tiež podporuje lepšiu difúziu atómov, čo vedie k homogénnejšiemu zloženiu filmu.
Avšak vysokoteplotný charakter CVD môže niekedy spôsobiť tepelné namáhanie substrátu. To môže viesť k problémom, ako je deformácia alebo praskanie substrátu, najmä pri substrátoch s nízkymi bodmi topenia alebo zlou tepelnou stabilitou. Na zmiernenie tohto sú potrebné vhodné stratégie predbežnej úpravy substrátu a regulácie teploty.
3. Podmienky procesu
PVD
Procesy PVD sa typicky uskutočňujú pri relatívne nízkych teplotách, zvyčajne pod 500 °C. To je výhoda pri práci so substrátmi citlivými na teplotu, ako sú polyméry alebo niektoré elektronické súčiastky. Nízkoteplotná prevádzka tiež znižuje riziko tepelného poškodenia podkladu.
PVD vyžaduje prostredie s vysokým vákuom, typicky v rozsahu 10⁻3 až 10⁻⁶ Pa. Toto vákuum je potrebné na zaistenie toho, aby sa vyvrhnuté častice TiB2 mohli pohybovať od cieľa k substrátu bez toho, aby boli rozptýlené molekulami plynu v komore. Udržiavanie prostredia s vysokým vákuom si vyžaduje špecializované vákuové čerpadlá a tesniace systémy, ktoré môžu zvýšiť náklady na zariadenie.
CVD
Procesy CVD vo všeobecnosti fungujú pri vysokých teplotách, často nad 800 °C. Vysoká teplota je potrebná na aktiváciu chemických reakcií medzi plynnými prekurzormi. Táto požiadavka na vysokú teplotu obmedzuje výber substrátov, ktoré možno použiť pri CVD. Podklady musia byť schopné odolávať vysokým teplotám bez výraznej degradácie.
CVD sa môže uskutočňovať pri rôznych tlakoch, od atmosférického tlaku až po podmienky nízkeho vákua. Atmosférický tlak CVD (APCVD) je relatívne jednoduchý a nákladovo efektívny, ale môže mať obmedzenia z hľadiska rovnomernosti a čistoty filmu. Nízkotlakové CVD (LPCVD) môže poskytnúť lepšiu kontrolu nad procesom nanášania a výsledkom sú filmy vyššej kvality, ale vyžaduje si zložitejšie zariadenie na udržanie nízkotlakového prostredia.
4. Úvahy o nákladoch
PVD
Počiatočná investícia do zariadenia PVD je pomerne vysoká. Vákuové systémy, napájacie zdroje a držiaky terčov sú drahé komponenty. Okrem toho terče TiB2 používané v PVD musia mať vysokú čistotu a kvalitu, čo tiež zvyšuje náklady. Náklady na jednotku plochy depozície však môžu byť relatívne nízke pri veľkoobjemovej výrobe, najmä pri použití systémov PVD vo veľkom meradle.
Spotreba energie PVD je relatívne nízka v porovnaní s CVD kvôli nižším prevádzkovým teplotám. To môže viesť k dlhodobým úsporám nákladov, najmä pri kontinuálnych výrobných procesoch.
CVD
Zariadenia na CVD môžu byť tiež drahé, najmä pre nízkotlakové alebo plazmové vylepšené CVD systémy. Náklady na plynné prekurzory používané pri CVD môžu byť značné, najmä v prípade vysoko čistých prekurzorov. CVD však môže byť nákladovo efektívnejšie pri poťahovaní veľkoplošných alebo zložitých tvarovaných substrátov, pretože môže dosiahnuť rovnomerné potiahnutie v jedinom kroku procesu bez potreby zložitého obrábania alebo maskovania.
5. Aplikácie
PVD
PVD - nanesené TiB₂ filmy sú široko používané v nástrojárskom priemysle. Rezné nástroje potiahnuté filmom TiB₂ môžu mať výrazne lepší rezný výkon a dlhšiu životnosť nástroja. Napríklad pri obrábaní kovov môže povlak TiB₂ odolný voči opotrebovaniu znížiť trenie medzi nástrojom a obrobkom, čo má za následok lepšiu povrchovú úpravu a vyššiu efektivitu obrábania.
PVD sa používa aj v elektronickom priemysle na poťahovanie kontaktov a prepojení. Vďaka dobrej elektrickej vodivosti a odolnosti proti korózii sú filmy TiB₂ vhodné na zlepšenie výkonu a spoľahlivosti elektronických zariadení.
CVD
CVD - nanesené filmy TiB₂ sa bežne používajú v leteckom a automobilovom priemysle na poťahovanie komponentov, ako sú lopatky turbín a časti motorov. Vysokoteplotná stabilita a odolnosť proti oxidácii tiB₂ nanesených pomocou CVD môže chrániť tieto komponenty pred drsným prevádzkovým prostredím, zlepšiť ich životnosť a výkon.
V oblasti žiaruvzdorných materiálov možno použiť CVD - nanesený TiB₂ na poťahovanie téglikov a iných vysokoteplotných nádob. Vysoko čistý a rovnomerný povlak TiB₂ môže zabrániť kontaminácii roztavených kovov a zlepšiť celkovú kvalitu procesu tavenia.
Ako dodávateľ terčov s diboridom titánu rozumieme jedinečným požiadavkám procesov PVD aj CVD. Či už hľadáte vysoko kvalitné terče TiB₂ pre presné PVD aplikácie alebo pre robustné CVD procesy, môžeme vám poskytnúť tie správne produkty. Okrem terčov s diboridom titánu ponúkame aj ďalšie produkty súvisiace s bórom ako naprGranule karbidu bóru,Keramická doska z karbidu bóru, aŠesťhranný karbid bóru.
Ak máte záujem o kúpu terčov s diboridom titánu alebo máte akékoľvek otázky týkajúce sa ich použitia v PVD alebo CVD, neváhajte nás kontaktovať pre obstarávanie a ďalšie diskusie. Zaviazali sme sa poskytovať vám tie najkvalitnejšie produkty a profesionálnu technickú podporu.
Referencie
- Bunshah, RF (ed.). (1982). Príručka technológií nanášania filmov a povlakov: veda, technológia a aplikácie. Noyes Publikácie.
- Sze, SM, & Ng, KK (2007). Fyzika polovodičových prvkov. John Wiley & Sons.
- Bhushan, B. (2013). Príručka mikro/nanotribológie. CRC lis.