روش های رسوب فیزیکی بخار
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.
|
الکترون ها توسط ماده مورد نظر جذب شده و انرژی آن ها به ماده منتقل می شود. در نتیجه ماده اولیه به صورت منطقه ای ذوب می شود. بنابراین در این روش تمام ماده گرم نمی شود، بلکه فقط منطقه ای که باریکه الکترونی به آن می تابد، گرم می شود. باریکه الکترونی عموما به یکی از دو روش نشان داده شده در شکل روبرو استفاده می شود؛ به صورت خمیده و مستقیم. به دلیل اینکه ذرات تحت باریکه الکترونی باردار می شوند، در نتیجه می توانند به وسیله صفحات ولتاژ بالا و یا مغناطیسی هدایت، متمرکز و یا دستکاری شوند. سرعت رسوب فیلم در روش EB-PVP از 10Å تا 0.1mm در هر دقیقه متغیر است. به دلیل اینکه الکترون ها نیز همراه ماده مورد نظر روی سطح فیلم قرار می گیرند، در نتیجه باید زیرپایه هادی جریان الکترونی باشد. بهترین گزینه برای زیرپایه فلز مس است. |
|
|
متداول ترین سیستم رسوب فیزیکی بخار در مقیاس صنعتی، کندوپاش است. اصول روش کندوپاش با سایر روش‌های PVD متفاوت است. در کندوپاش بخار ماده به وسیله گرما تولید نمی‌شود. بلکه کندن اتم ها از روی سطح به صورت مکانیکی است. نیروی جنبشی مورد نیاز از طریق یون های پر انرژی تامین می‌شود. یون های پر انرژی به وسیله تخلیه الکتریکی تولید شده و با سرعت زیادی به سطح ماده اولیه برخورد می کند. عموما از گاز آرگون برای تهیه یون های پر انرژی استفاده می شود. این یون ها در منطقه تخلیه تابان یونیزه می شوند. یکی از مشکلات این روش، ایجاد قطعات بزرگ در طی عمل کندوپاش است. برای جلوگیری از رسیدن این قطعات به زیرپایه، می توان از تکنیکی موسوم به نشست قوس خلا فیلتر شده استفاده کرد. در این روش پلاسمای ایجاد شده به وسیله میدان مغناطیسی، ذرات بخار را از قطعات بزرگ‌تر جدا می کنند. |
 |
|
بخار تولیدشده صرف نظر از نحوه تولید آن، باید در نهایت روی زیرپایه نشانده شود. عموما ضخامت فیلم های تشکیل شده غیر یکنواخت است. مخصوصا اگر ضخامت فیلم بسیار زیاد باشد. برای تولید فیلمی با ضخامت یکنواخت می توان از زیرپایه چرخان استفاده کرد. روش دیگر طراحی ویژه دستگاه رسوب دهی است. به گونه ای که بخار تولیدی و زیرپایه موردنظر در یک ستون قرار نگیرند. این روش نشست با زاویۀ متحرک نامیده می‌شود. در این روش زیرپایه با توجه به جهت بخار ورودی کج می‌شود. در نهایت با استفاده از این روش می توان مورفولوژی جالبی را بر روی سطح طراحی کرد. این فیلم‌ها برای سطوح متخلخل و آنیزوترپیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. |
 |
منابع و پیوندها
گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
مسعود صلواتی نیاسری ، نانو شیمی ، انتشارات علم و دانش ، 1388.
برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است
روش های رسوب فیزیکی بخار از دید abasht.vcp.ir
انواع فرایندهای پیشرفته و مدرن رسوب فیزیکی بخار عبارتست از:
- 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 ... ادامه
