Creșterea filmului

Toate procesele de depunere a peliculelor subțiri constau în trei etape:

1. producția de specii care formează pelicule

2. transportul acestor specii de la sursă la substrat

3. condensarea și coaserea pe substrat

În PVD, prima etapă este fie evaporarea, fie pulverizarea, a doua etapă implică transportarea liniei de vizare dacă presiunea de proces este foarte scăzută și există o mică probabilitate de coliziune sau de transport în cazul în care presiunea este ridicată. Tipul de transport influențează creșterea efectivă a filmului în al treilea pas.

Atunci când un atom ajunge la suprafața substratului și este adsorbit, acesta va difuza pe suprafață până când va fi fie desorbit, fie blocat într-un loc energetic favorabil. Această difuzie de suprafață depinde de energia pe care o are atomul la sosirea la suprafață și dacă substratul este alimentat de o energie suplimentară, de exemplu prin încălzire sau bombardare ionică. Energia atomului depinde de presiunea din camera de depunere, o scădere a presiunii ridicate din cauza pierderilor de energie în coliziuni. Bombardarea ionică a suprafeței este posibilă în metodele bazate pe plasmă și poate fi controlată printr-o tensiune de polarizare negativă a substratului față de plasmă.

Dacă atomul se lipeste de un alt atom de film la suprafață, se creează o pereche de mobilitate scăzută, ceea ce crește probabilitatea ca un alt atom să rămână la ele. La un număr critic de atomi sau o dimensiune critică a nucleului, se formează un nucleu. Aceste nuclee vor crește până la insulele cristaline care se vor coaliza atunci când se vor întâlni reciproc și vor forma în final un film continuu. În funcție de parametrii procesului, creșterea filmului va continua în moduri diferite, dând diferite microstructuri. Filmul se poate dezvolta strat-cu-strat sau pe insulele 3D sau într-o combinație a acestor două moduri de creștere.

În PVD, creșterea filmului este adesea coloană, adică cristaliții cresc în coloane cu granițe mai mult sau mai puțin dezvoltate între granule. Granițele de granule pot conține goluri și pot deteriora cele mai multe proprietăți ale filmului, însă o peliculă densă, coloană reală poate avea, de exemplu, proprietăți tribologice excelente. O microstructură completă densă în film este deseori foarte dorită. Pe măsură ce microstructura densă este promovată prin bombardarea ionică a filmului în creștere, astfel de filme pot fi adesea depuse prin metode PVD în plasmă cu densitate mare.

Au fost dezvoltate mai multe modele de creștere a filmului pentru influența condiției de depunere asupra microstructurii filmului. Sunt utilizate în mod obișnuit modelele zonei de structură empirică în care diferite moduri de creștere (zone) sunt identificate într-o diagramă pentru temperaturi diferite de temperatură până la temperatura de topire (T / T m). O revizuire extensivă a acestor modele a fost publicată de John A. Thornton în 1977 și urmează un scurt rezumat al acesteia. Movchan și Demchishin au făcut următoarea clasificare: Zona 1 apare atunci când T / T m <0,3 și="" este="" caracterizată="" de="" o="" duritate="" ridicată="" a="" suprafeței="" și="" de="" granițe="" cu="" granule="" de=""> Zona 2 apare atunci când 0,3 <0,5 și="" se="" caracterizează="" printr-o="" suprafață="" mată,="" netedă="" și="" granule="" coloană="" cu="" granițe="" distincte="" și=""> Zona 3 apare atunci când 0,5 <1 și="" se="" caracterizează="" printr-o="" suprafață="" strălucitoare="" și="" boabe=""> Structura și proprietățile acestei zone sunt aproape de materialul vrac. Thornton a propus un model extins în care influența presiunii gazului de proces este adăugată într-o a doua axă din diagramă. În această diagramă poate fi identificată o a patra zonă (zona T, tranziție) între zona 1 și zona 2. Structura zonei T este densă și fibroasă fără limite de granulație voidă.