Fiziksel buhar depozisyon
(PVD), buhar (gaz) fazından vakum kaplama teknolojisidir (ince filmler);
kaplama, uygulanan malzeme buharının doğrudan yoğunlaşması (kondensasyon)
yoluyla yapılır.
PVD metotları iki şekilde yürütülebilir: termal
buharlaştırma ve iyon plazma püskürtme (sputtering).
Termal buharlaştırmada, püskürtülen malzeme yeterince yüksek
bir sıcaklığa ısıtılır ve bu sıcaklıklarda bazı atomlar veya moleküller,
kimyasal bağları koparmak ve maddeden ayrılmak için yeterli enerji alırlar. Bu
durumda sıvı buharlaşır ve katılar süblimleşir.
Isıtma prosesleri çeşitlidir:
1. Termal buharlaşma (dirençli ısıtma) (TVD prosesi)
Substans, istenen buharlaşma sıcaklığına kadar ultra yüksek
vakumda (≤ 1.3 10-8 Pa) termal olarak ısıtılır; substans atomları ve
molekülleri substrata düşer ve yoğunlaşır
2. Elektron demeti buharlaştırma (EBVD-prosesi)
Anot görevindeki bir metal numune, katottan çıkan birkaç keV
enerjili elektron akımını alır; bu da atomların sürekli olarak buharlaşmasını
sağlar.
3. Lazer ablasyon ve pulslu lazer depozisyon
Lazer ablasyon,bir katıdan (veya bazan sıvıdan) lazer
demetiyle ışınlandırılarak malzeme çıkarmaktır. Hedef, bir excimer (bir UV
lazer formu) veya Nd: YAG lazeri ile bir pulslu UV ışınına maruz bırakılır.
Işınım şiddeti 108-109 W/cm2, süresi birkaç
santimetre olup hedef sıcak noktada malzemelerin (metaller, metal oksitler) ablasyonu
için yeterlidir.
Pulslu lazer
depozisyon (PLD), pulslu lazer ışını ve hedef malzeme etkileşim
ürünlerini, vakumda (ablasyon) bir substrat üzerinde yoğunlaştırarak filmler ve
kaplamalar elde edilmesidir.
4. Elektrik ark buharlaştırma (ark-PVD-prosesi)
Anot ve katot arasında bir vakum arkı başlatılarak katot
malzemesi buharlaştırılır. Proses, 0.133-13.3 Pa arasındaki düşük basınçlarda
inert bir gaz ortamında gerçekleşir ve epitaksi sıcaklığı, termal buharlaştırma
yöntemleri için olan sıcaklıktan daha düşük olur. (Epitaksi, kristalin bir substrat üzerinde kristalin bir tabaka oluşturulmasıdır.)
İyon plazma püskürtmede (sputtering) hedef yüzey, hedef
atomların bağlanma enerjisini aşan enerjili, atomlar, iyonlar veya moleküller
tarafından bombardıman edilir. Bir kural olarak bombardıman için asal gaz
iyonları kullanılır, çünkü bunlar elektrik alanında istenen enerjiye kolaylıkla
hızlanır ve kimyasal olarak inerttirler.
Kaplanmış bölgelerdeki muazzam sıcaklık değişkenliği,
sert-alaşımlı aletlerin kaplanmasında bu metotları evrensel hale getirir. Bu
teknolojiler aynı zamanda evrenseldir, çünkü nitrit, karbür, Ti, Zr, H
refrakter metallerin karbonitrit bileşiklerine dayanan geniş bir yelpazede tek
katmanlı, çok tabakalı ve kompozit kaplamalarda kullanılabilir.
