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Applications de technologie de métallisation sous vide de PVD

December 11, 2017

Dernières nouvelles de l'entreprise Applications de technologie de métallisation sous vide de PVD

Applications de la métallisation sous vide


------------par Donald M. Mattox, directeur technique de SVC

 

Introduction
Le vide est un environnement où la pression de gaz est moins qu'ambiant. Un plasma est un environnement gazeux dans lequel il y a assez d'ions et d'électrons pour qu'il y ait la conductivité électrique appréciable. La métallisation sous vide est le dépôt d'un film ou d'un revêtement dans un environnement de vide (ou plasma à basse pression). Généralement le terme est appliqué aux processus qui déposent des atomes (ou des molécules) un par un comme le dépôt en phase vapeur physique (PVD) ou les procédés à basse pression de la déposition en phase vapeur (LP-CVD) ou la CVD plasma-augmentée (PECVD). Dans des processus de PVD, le matériel étant déposé vient de la vaporisation d'une surface solide ou liquide. Dans des procédés de CVD, le matériel étant déposé vient des espèces d'un précurseur de vapeur de produit chimique qui est décomposé par réduction ou décomposition-en grande partie thermique sur une surface chaude.

Dans certains cas le matériel étant déposé réagit avec l'environnement gazeux ou des espèces codeposited pour former un film d'un matériel composé tel qu'un oxyde, une nitrure, le carbure, ou un carbonitride. Dans la CVD traitant, l'utilisation d'un plasma de réduire le précurseur en fragments chimique de vapeur dans la phase vapeur permet aux processus de décomposition ou de réduction de procéder à de plus basses températures qu'avec l'activation thermique seule. PECVD peut être exécuté aux pressions aussi basses que ceux utilisées dans PVD traitant (PECVD, LP-PECVD à basse pression), où la vapeur de précurseur est décomposée principalement dans le plasma. Dans certains cas un procédé hybride de dépôt de PVD et de LP-PECVD est employé pour déposer des alliages, des composés, ou des composés. Un exemple est métal carbonitrides où le carbone vient d'un précurseur chimique de vapeur tel que l'acétylène ; l'azote vient d'un gaz ; et le métal de l'évaporation, de la pulvérisation, ou de la vaporisation d'arc d'une surface solide ou liquide.

 

Films électriquement conducteurs
Les films en métal sont les films de conducteur électriques les plus communs. Des films en métal peuvent être employés en tant que métallisations « couvrantes » ou peuvent être façonnés en les lignes discrètes de conducteur (« rayures ») en masquant le substrat pendant le dépôt ou par des processus photolithographiques suivants gravure à l'eau-forte. Des lignes de conducteur sont employées dans la technologie de microcircuit hybride et dans la fabrication des dispositifs de semi-conducteur. Souvent, les conducteurs électriques sont les films multicouche (piles) où chaque couche a une fonction. Par exemple, la pile de film de conducteur pourrait avoir la composition : Verre-Ti-Palladium-Cu-Au. (Ti) titanique est la couche de « colle », le palladium (Pd) fournit la résistance à la corrosion, (Cu) de cuivre est un conducteur électrique, et l'or (Au) assure la protection contre la corrosion. Des conducteurs en métal déposé dans des « vias » sont utilisés en établissant les contacts électriques entre différentes couches dans la fabrication de dispositif de semi-conducteur. La métallisation couvrante est employée pour fournir la perturbation électromagnétique (EMI) et l'interférence (RFI) de radiofréquence protégeant sur des structures telles que les boîtiers en plastique pour les téléphones mobiles, électrodes pour les électrodes rigides et flexibles de condensateur, et les surfaces pour le radar « paillettes. »

Metal la nitrure, carbure, et les films de siliciure sont généralement électriquement conducteurs (SI3 N4 et AlN sont des exceptions importantes). Dans quelques applications, des films de ces matériaux réfractaires sont employés pour fournir des barrières de diffusion entre les matériaux. Par exemple, dans la métallisation de semi-conducteur, l'aluminium ou le matériel d'électrode d'or répandra dans le silicium pendant le traitement à hautes températures. Un film titanique électriquement conducteur de nitrure déposé sur la surface de silicium avant que l'électrode en métal soit déposée empêchera la diffusion. Les contacts de se produire stables, électriquement conducteurs, nonrectifying, en métal de semi-conducteur des métaux ou les composés de métal-siliciure est un aspect important de la fabrication de dispositif de semi-conducteur. Des nitrures en métal telles que la nitrure (TaN) de tantale sont employées en tant que matériaux de résistance à couche mince. Électriquement des oxydes conducteurs non transparents tels que le trioxyde de chrome (Cr2 O3), l'oxyde de plomb (PbO), et l'oxygène de ruthénium (RuO) sont employés comme électrodes en atmosphères de oxydation à hautes températures.

Les supraconducteurs sont des matériaux qui ont près de la résistivité électrique nulle au-dessous d'une certaine température critique (Tc). Bas Tc (moins que [<>c (plus grand que [>] K) le matériel du supraconducteur 50 est un mélange des oxydes (oxydes de yttrium-bismuth-cuivre [Y-Bi-Cu], YBCO). Les couches mincesde haut supraconducteur de Tc sont souvent déposées par ablation de laser dans le vide.

 

Conducteurs électriques transparents
Les films conducteurs transparents de (TCO) d'oxyde, tels que le trioxyde d'indium (dans2 O3), étament le bioxyde (SnO2), oxyde de zinc (ZnO) et un alliage d'oxyde d'indium et l'oxyde de bidon (ITO), ont de nombreuses applications telles que des appareils de chauffage sur des fenêtres pour dégivrer, les revêtements antistatiques sur des écrans de visualisation, des électrodes sur les affichages à panneau plat et les dispositifs électrochromiques, et des électrodes sur flexible (écran résistif) et les écrans tactiles rigides (d'écran capacitif). La résistivité électrique pour les films de TCO peut varier de plus considérablement que 1 000 ohms par « place » à moins de 10 ohms par place avec la bonne transmission optique.

 

Isolateurs électriques
Des films électriquement isolants sont employés pour isoler électriquement les composants de conduite dans des dispositifs de semi-conducteur, et comme diélectrique dans des condensateurs. Les matériaux communs de film d'isolateur sont silice (SiO2), trioxyde en aluminium (Al2 O3), pentoxyde de tantale (merci2 O5), nitrure de silicium (SI3 N4), et nitrure en aluminium (AlN). L'interposition d'un à pellicule d'oxyde mince entre un de film métallique et un semi-conducteur permet la formation du dispositif technologiquement important de (MOS) de métal-oxyde-semi-conducteur. Les revêtements épais de SiO2, avec son bas coefficient de dilatation thermique, peuvent être rf pulvérisent déposé. Des couches d'isolation de SiO2, de nitrure de silicium (SI2 N3), et de verre sont déposées par PECVD pour des couches d'encapsulation et d'isolation dans le traitement de semi-conducteur.

 

Films optiques
Les films optiques, films habituellement multicouche (« piles »), sont des films qui affectent la transmission ou la réflexion optique d'une surface. Ils alternent généralement des couches de matériaux ayant la haute (germanium [GE], SI, TiO2, bioxyde de zirconium [ZrO2], SiO, bioxyde de cérium [CEO2]) et les indices de réfraction du bas (fluorure de magnésium [MGF2], SiO2). Une application importante est les revêtements de (AR) d'antiréflexion sur des lentilles. Des piles optiques de film peuvent être employées en tant que filtres optiques. La densité neutre ou les filtres gris réduisent l'intensité de la lumière également pour toutes les longueurs d'onde ; les filtres à bande large affectent la transmission du rayonnement sur une gamme large de longueurs d'onde, alors que les filtres étroits ou monochromatiques affectent la transmission au-dessus d'une région très étroite de longueur d'onde. Un exemple d'un filtre à bande large est un « filtre de bord » que « découpent » (UV) ultra-violet émis par une lampe de vapeur de mercure. Les exemples des filtres à bande étroite sont les filtres de couleur utilisés dans la photographie et dans des projecteurs.

Quelques piles de film sont un type particulier de film optique qui a une couleur qui est liée à l'angle-de-observation (OVIDs). Ces films permettent la représentation comme olographe. Ces films d'OVID sont employés comme dispositifs de sécurité pour empêcher la contrefaçon. Ces films sont une conséquence des films de couleur interférence utilisés pour les films décoratifs et, une fois pulvérisés, comme colorants.

 

Revêtements thermiques de contrôle
La composition des revêtements thermiques de contrôle sur des fenêtres diffère avec le résultat final désiré. Si l'objet est de garder le rayonnement solaire d'entrer par la fenêtre, un film multicouche du verre-TiO2 - le Cr-TiO2 peut être employé (revêtement solaire de contrôle). Si l'objet est de maintenir la chaleur dans la salle, une couche mince d'argent peut être employée pour refléter 85% à 95% du rayonnement infrarouge à basse température de nouveau dans la salle (bas-e revêtement). Un tel « double-e revêtement » est verre-ZnO-AG (Ti) - ZnO-AG (Ti) - ZnO-TiO2. Le ZnO fournit un revêtement antireflective.

D'autres types de revêtements thermiques de contrôle sont employés pour absorber le rayonnement solaire (amortisseurs solaires), adsorbent sélectivement le rayonnement solaire et pour ne pas émettre le rayonnement infrarouge (amortisseurs solaires sélectifs), ou pour avoir une émissivité élevée pour augmenter le refroidissement par rayonnement. Des revêtements d'isolation thermiques sont employés pour ramener le transport thermique d'un environnement chaud au substrat. L'oxyde de zirconium (ZrO2) stabilisé avec de l'oxyde de calcium (CaO), MgO, ou Y2 O3 est employé comme revêtement d'isolation thermique sur des lames de turbine de turbines de moteur d'avions.

 

Revêtements de réflecteur
Les films en métal sont très utilisés pour des surfaces de réflecteur. L'argent est employé souvent quand la corrosion n'est pas un problème, comme pour des miroirs de retour-surface. En aluminium peut être employé comme avant-surface ou réflecteur de retour-surface. Souvent, les réflecteurs aluminisés d'avant-surface, tels que des réflecteurs de phare, sont au-dessus d'enduit avec un film protecteur de polymère (manteau supérieur). Le chrome est employé sur des réflecteurs d'avant-surface quand la corrosion est un problème quoique sa réflectivité dans l'évident (60%) soit inférieure cela de l'aluminium (> 90%). Des films de réflecteur sont employés dans de nombreuses applications généralement produites, comme sur des disques compacts pour le stockage de vidéo et de musique, les réflecteurs de lampe, et les miroirs visuels tels que les rétroviseurs pour des voitures. Des films dans certains cas multicouche, semblables aux films optiques multicouche, sont employés pour refléter sélectivement certaines longueurs d'onde et pas d'autres. Les exemples sont « des miroirs froids » qui reflètent le rayonnement évident mais pas les longueurs d'onde infrarouges et « chauffent les miroirs » qui reflètent l'infrarouge mais pas l'évident. Des miroirs de la chaleur sont utilisés pour soulever la température interne des lampes d'halogène. Des miroirs froids sont utilisés pour réduire la chaleur de l'éclairage d'étape sur des acteurs.

 

Empaquetage
Des revêtements d'isolation sont employés sur les films et le papier flexibles de polymère pour que l'emballage alimentaire réduise le débit de transmission (WVTR) de vapeur d'eau et le débit de transmission (OTR) de l'oxygène par le film de papier ou de polymère. Le matériel le plus commun de revêtement d'isolation est en aluminium, qui est déposé sur des rouleaux de film de polymère (Web), puis fourni aux « convertisseurs » qui fabriquent l'emballage. Dans certains cas les revêtements des métaux sont déposés sur une surface et « alors transférés » au film d'emballage. Les revêtements d'isolation transparents sont souhaitables dans de nombreux cas. Des couches de SiO2-x, par évaporation réactive et PECVD et revêtements composés d'Alde2:30% de SiO2 O3 par Co-évaporation d'E-poutre sont employées pour former des couches-barrière transparentes. Le matériel de revêtement composé est plus dense et flexible que seulle matériel déposé de SiO2 oud'Al2 O3. Des films en aluminium sont employés sur les ballons remplis d'hélium de polymère pour réduire la perte d'hélium.

 

Revêtements décoratifs et décoratifs/usage
La métallisation pour des buts strictement décoratifs est un grand marché. Les applications varient du polymère de revêtement Web-qui sont alors converties en utilisations décoratives telles que des ballons et label-à la métallisation des articles tridimensionnels, tels que des trophées de sports, le zinc meurent fonte et montages décoratifs moulés de polymère, et des conteneurs cosmétiques. Souvent ces revêtements se composent d'un revêtement en aluminium réfléchi qui est déposé sur un manteau bas lisse, puis au-dessus d'enduit avec une laque teinte pour donner au revêtement la couleur désirée et pour les donner une consistance rugueuse et la résistance à l'usure également de corrosion et.

Dans quelques applications, en plus des aspects décoratifs du revêtement, le revêtement est exigé pour résister à l'usage. Par exemple, la nitrure titanique (TiN) est or coloré, et le titane carbonitride (ticxNy) peut varier en couleurs d'or au pourpre pour noircir selon la composition. La nitrure de zirconium (ZRN) a la couleur du laiton et est beaucoup plus d'usage et d'éraflure résistants que le laiton. Des revêtements décoratifs/usage sont employés sur le matériel de porte, les montages de tuyauterie, les articles de mode, le matériel marin, et d'autres telles applications.

 

Revêtements durs et résistants à l'usure
Des revêtements durs souvent s'appellent les revêtements métallurgiques et sont un type de revêtement tribologique. Les revêtements durs sont employés pour augmenter l'efficacité de coupe et la vie opérationnelle des outils de coupe et pour maintenir les tolérances dimensionnelles des composants utilisés dans les applications où l'usage peut se produire, comme des moulages par injection. En outre, les revêtements peuvent agir en tant que barrière de diffusion où des hautes températures sont produites par mouvement entre les surfaces ou la protection contre la corrosion dans les environnements agressifs. Il y a de diverses classes des matériaux de revêtement durs. Ils incluent : oxydes métalliques ionically collés (Al2 O3, ZrO2, et TiO2), matériaux en covalence collés (sic, le carbone de bore [B4C], le diamant, le diamant-comme-carbone [DLC], le tic, AlN, centre de détection et de contrôle, carbure mélangé, nitrure et carbonitride les alliages composés, et la nitrure de bore cubique), et quelques alliages en métal (yttrium en aluminium de chrome de cobalt [CoCrAlY], Nial, NiCrBSi). Dans certains cas les revêtements peuvent être posés pour combiner des propriétés.

Des revêtements durs également sont employés pour réduire au minimum le fatigue-usage, comme est trouvés dans des roulements à billes. Des revêtements résistants à l'usure peuvent également être appliqués aux surfaces où il y a une charge légère ou périodique. Par exemple, des revêtements durs sont déposés sur des plastiques pour améliorer la résistance d'éraflure. Les applications sont sur les lentilles en plastique moulées et les auvents en plastique d'avion. Portez dans certains cas les revêtements, tels que SiO2 ou Al2 O3, peut être appliqué déjà aux surfaces dures, telles que le verre, pour augmenter la résistance d'éraflure.

 

Films électriquement actifs
Des films enduits de silicium sont employés dans des dispositifs de semi-conducteur, et ces films souvent sont déposés par une épitaxie de poutre moléculaire appelée d'évaporation de PVD par technique très sophistiquée (MBE) ou une technique de CVD d'épitaxie (VPE) de phase vapeur. Le silicium amorphe pour les piles solaires est déposé par PECVD sur des Webs et des substrats rigides. Les films d'Electochromic, qui changent la transmission optique sur l'application d'une tension, dépendent de la diffusion de l'des espèces mobiles dans le film sous un champ électrique. Les films d'un matériel tels que le sélénium peuvent devenir électriquement chargés une fois exposés à la lumière. De tels films sont employés pour tenir le toner dans des machines à photocopier.

Médias de stockage magnétique
Des matériaux magnétiques sont classifiés comme « dur » ou « doucement » selon la façon dont dur il est de magnétiser, démagnétisez, ou « commutez » le champ magnétique. Matériaux magnétiques mous, tels que les Permalloys (fer [Fe] : le Ni de 40 à de 80%) et le Fe5 O12 (grenat) de Y2 sont employés dans des dispositifs de stockage de mémoire où les données sont changées souvent. Matériaux magnétiques durs tels que la magnétite, Co : Ni : tungstène [W], Co : rhénium [au sujet de], gadolinium [Gd] : Co, et Gd : terbium [TB] : Le Fe sont employés dans des supports d'enregistrement plus permanents tels que les bandes audio. De diverses techniques sont employées pour définir les domaines magnétiques qui agissent en tant que dépôts.

 

Revêtements de protection de corrosion
La protection contre un environnement chimique agressif peut être accomplie de plusieurs manières. La surface peut être enduite d'un matériel inerte ou d'un matériel qui forme une surface protectrice après la réaction avec l'environnement ou avec un matériel qui sera sacrificatoire enlevé pour protéger le matériel sous-jacent. Le tantale, le platine, et le carbone sont inertes dans beaucoup d'environnements chimiques. Par exemple, des revêtements de carbone sont employés sur les métaux qui sont implantés au corps humain pour fournir la compatibilité. Dans les pièces d'industrie aérospatiale il y a enduits en aluminium par le processus de PVD du dépôt en phase vapeur d'ion (IVD) afin d'empêcher la corrosion galvanique des matériaux différents en contact.

Le chrome, l'aluminium, le silicium, et les alliages de MCrAlY (où M est Ni, Co, Fe) réagiront avec l'oxygène pour former une couche protectrice logique d'oxyde sur la surface. Si les ions en métal (Fe, Cu) répandent plus rapidement que l'oxygène par l'oxyde, un oxyde épais formera sur la surface. Si l'oxygène répand plus rapidement par l'oxyde que les ions en métal des métaux de « (valve » d'Al, de SI, de Ti, de Zr-le), l'oxydation se produira à l'interface et un oxyde mince sera formé. Les revêtements d'alliage de MCrAlY sont employés en tant que revêtements de protection sur des lames de turbine de turbines de moteur d'avions. Cadmium, aluminium, et Al : Des alliages de Zn sont employés en tant que revêtements sacrificatoires galvaniques sur l'acier. Électrodéposition du cadmium de vide (la « DAO de VCA ») a l'avantage par rapport au cadmium plaqué dans celui là n'est aucune possibilité de fragilisation par l'hydrogène d'acier de haute résistance quand le procédé de métallisation sous vide est employé.

 

Vernis de glissement/bas revêtements de frottement
La NASA a frayé un chemin l'utilisation des lubrifiants déposés sous le vide de solide de la couche mince. Les lubrifiants sont de deux types : le métal de bas-cisaillement lubrifiant-tel aussi argenté et avance-et le composé de laminaire-cisaillement matériel-tel que le bisulfure de molybdène (MOS2). Les lubrifiants en métal de bas-cisaillement sont employés dans des applications de haut-couple telles que les anodes tournantes dans des tubes à rayon X. des matériaux composés de Bas-cisaillement sont employés dans des applications de mécanique-incidence dans le vide et où le lubrifiant « fluage » peut être un problème. Puisque seulement une couche très mince est nécessaire pour la lubrification, l'application du film de lubrifiant n'a pas comme conséquence les modifications importantes des dimensions. De bas revêtements de frottement de carbone métal-contenant (je-c) sont employés pour réduire l'usage dans des applications mécaniques de contact

 

Structures libres
Des structures libres peuvent être faites en déposant un revêtement sur une surface (mandrin), alors séparant le revêtement de la surface de mandrin ou dissolvant le mandrin. La technique est utile pour fabriquer les structures très minces, les surfaces complexes, ou les aluminium ou les feuilles de matériaux il est difficile de déformer que par le roulement. Les exemples sont les fenêtres de béryllium utilisées pour la transmission de rayon X, cônes de mince-mur de bore pour les haut-parleurs audio à haute fréquence, et l'alliage en métal de Ti-V-Al déjoue. Une application relativement nouvelle est la production des dispositifs microelectromechanical des systèmes (MEMS) où des structures très petites sont fabriquées utilisant des procédés de dépôt et gravure à l'eau-forte.

 

Manteaux bas pour la galvanoplastie
Les matériaux il est difficile plaquer qu'en raison de la formation rapide d'oxyde peuvent avoir un manteau bas adhérent appliqué par des processus de PVD et puis le revêtement bâti par le dépot électrolytique. Les exemples plaquent sur le titane, l'uranium, et le zirconium où un manteau bas d'un matériel comme le nickel ou le cuivre est appliqué par un processus de PVD avant que le revêtement plaqué soit accumulé.

 

Films de polymère
Là augmente l'intérêt en déposant les films organiques et inorganiques de polymère dans le vide. Ces films peuvent être constitués par condensation d'un monomère suivi de l'E-poutre ou du traitement UV pour polymériser le monomère ou de la polymérisation de plasma du monomère. Le précurseur de monomère peut rapporter un carbone, un silicium, ou un matériel de polymère basé sur bore contenant souvent l'hydrogène, le chlore, ou le fluor. Des films fluorés sont employés pour former les surfaces hydrophobes.

 

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