PDV 1

ist das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück ohne wesentliche Änderung der Geometrie des Werkstücks.

Dabei handelt es sich um ergänzende Fertigungsverfahren, welche die Eigenschaften eines Konstruktionswerkstoffes verbessern oder negative Eigenschaften ausgleichen sollen.

Beschichtungen erhöhen somit die Anwendungsmöglichkeiten von Werkstoffen durch Anpassung an die betrieblichen Anforderungen.

Unter dünnen Schichten, Dünnschicht oder Film versteht man Schichten fester Stoffe mit einer Dicke von weniger als einem Nanometer (Monolayer) bis zu einigen Mikrometern.

• Schichdicke (1 nm – 10 µm) ist ein vakuumbasiertes Beschichtungsverfahren bzw. Dünnschichttechnologie.

• Mithilfe physikalischer Verfahren wird das Ausgangsmaterial in die Gasphase überführt

• anschließend zum zu beschichtenden Substrat transportiert, wo es kondensiert und die Schicht bildet.

• PVD umfasst

  • Bedampfen

  • Sputtern (Kathodenzerstäubung)

  • Ionenplattieren

  • reaktive Varianten dieser Prozesse.

PVD

• Prozess basiert auf physikalischen Mechanismen

• Dünnere Beschichtungen im Vergleich zu CVD, aber gute Haftung auf der Oberfläche

CVD

• Prozess basiert auf chemischen Reaktionen in der Gasphase.

• Geeignet für die Beschichtung von komplexen Formen und tiefen Strukturen

Prozessgas:

• Wirkungsweise: Das Prozessgas kann die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der Beschichtung beeinflussen.

Vakuumniveau

• Wirkungsweise: Ein höheres Vakuum ermöglicht eine bessere Kontrolle der Prozessatmosphäre und reduziert die Kontaminatio

Target Substrat Abstand

• Wirkungsweise: Der Abstand zwischen Target und Substrat beeinflusst die Flugbahn der abgeschiedenen Atome/Ionen un

Diffusion (Oberflächen, Interface, Volumen) 

damit von T s! 

kinetischen Energie der auftreffenden Partikel 

Teilchenflussdichte 

Verteilung des Einfallswinkels der Teilchen (Geometrie der Teile, Druck, Quellengeometrie) 

bevorzugten kristallografischen Wachstumsrichtungen des Schichtmaterials (Textur, Oberflächenmorphologie)

• dass das aufgedampfte Material direkt von der Quelle auf das Substrat gelangt, ohne dass es zu wesentlichen Streueffekten kommt.

• Probleme

  • Schattenbildung: Durch die geradlinige Bewegung der Atome können bestimmte Bereiche des Substrats von der Beschichtung abgeschirmt werden

  • Unhomogenität: Die Beschichtungsdicke kann über die Oberfläche des Substrats ungleichmäßig sein, da die Atome oder Ionen bevorzugt diejenigen Bereiche treffen, die direkt in der Sichtlinie zum Target liegen.

Lösungsmöglichkeiten

• Rotation des Substrats oder Targets, um eine gleichmäßigere Abdeckung zu erzielen.

• Verwendung von Schattierungsmasken oder Schattenmasken, um die Beschichtung in bestimmten Bereichen zu blockieren oder gezielt zu lenken.

• Einführung von reaktiven Gase in den Prozess, um chemische Reaktionen zu fördern und so eine verbesserte Beschichtungsqualität zu erzielen (Reactive PVD).

• Es werden reaktive Gase in den Beschichtungsprozess eingeführt werden.

• Abgeschiedenen Atome oder Ionen des Beschichtungsmaterials reagieren mit den reaktiven Gasen in der Prozesskammer um neue Verbindungen oder Legierungen zu bilden

• Vorteile

  • Verbesserte Schichteigenschaften

  • Steuerbare Schichtzusammensetzung

  • Erhöhte Haftung:

• Bsp

  • Hartstoffbeschichtungen wie Titannitrid (TiN), Titancarbid (TiC),

• Adsorption

• Clusterbildung, Keimbildung

• Wachstum des Keims / Cluster

• Cluster-Migration

• Koaleszenz

• Reifung (analog zu Ostwald-R.)

• Rekristallisation

• hohe Substrattemperaturen

• niedrige Kondensationsgeschwindigkeit (schlecht für Reinheit)

• gradlinige ausbreitung (scahrfe konturen besser)

• senkung der verdampfungstemperatur

• hohe reinheit der schicht

• Schiffchen

  • Ohmscher Widerstand führt zu Erhitzung

  • „Schiffchen“ aus hoch schmelzendem Material mit niedrigem Dampfdruck

  • löchriger Deckel vermindert Spritzer aus dem Tiegel

• Glühwendel

  • es kommt zu spritzern

  • nur in labor

• Elektronstrahldampfer

Absorption und Oberflächendiffusion