Creixement cinematogràfic

Tots els processos de deposició de pel lícula prima consisteixen en tres passos:

1. producció de l'espècie de formació de pel·lícules

2. Transport d'aquestes espècies des de la font fins al substrat

3. Condensació i costura al substrat

En PVD, el primer pas és evaporació o polvorització, el segon pas implica un transport de línia de visió si la pressió del procés és molt baixa i hi ha una petita probabilitat de col·lisions o d'un transport de flux si la pressió és alta. El tipus de transport influeix en el creixement real de la pel·lícula en el tercer pas.

Quan un àtom arriba a la superfície del substrat i s'està adsorbent, es difondrà a la superfície fins que es desorbeixi o s'adhereixi a un lloc favorable enèrgic. Aquesta difusió de la superfície depèn de l'energia que té l'àtom en arribar a la superfície i si el substrat és subministrat per una energia addicional, per exemple, mitjançant calefacció o bombardeig iònic. L'energia de l'àtom depèn de la pressió a la cambra de deposició, una alta pressió disminueix l'energia deguda a pèrdues d'energia en col·lisions. El bombardeig iònic de la superfície és possible en mètodes basats en plasma i es pot controlar mitjançant una tensió de polarització negativa del substrat respecte al plasma.

Si l'àtom s'adhereix a un altre àtom de la pel·lícula a la superfície, es crea un parell de baixa mobilitat i això augmenta la probabilitat que un altre àtom s'adhereixi a ells. En un nombre crític d'àtoms, o una mida crítica de nuclis, es forma un nucli. Aquests nuclis creixen a illes cristal·lines que s'uneixen quan es troben i finalment formen una pel·lícula contínua. Segons els paràmetres del procés, el creixement cinematogràfic continuarà de diferents maneres donant diferents microestructures. La pel·lícula pot créixer cap a cap o en illes 3D o en una combinació d'aquests dos modes de creixement.

En PVD, el creixement de la pel·lícula sovint és columnar, és a dir, els cristallits creixen en columnes amb límits de cereal més o menys desenvolupats entre ells. Els límits del gra contenen buits i deterioren la majoria de les propietats de la pel·lícula, però una pel·lícula densa i columnar real pot tenir, per exemple, excel·lents propietats tribològiques. Una microestructura densa completa a la pel·lícula sovint és molt desitjable. A mesura que la microestructura densa és promoguda pel bombardeig iònic de la pel·lícula en creixement, aquestes pel·lícules sovint es poden dipositar mitjançant mètodes PVD en plasmes d'alta densitat.

S'han desenvolupat diversos models de creixement cinematogràfic per la influència de la condició de deposició a la microestructura de la pel·lícula. Normalment s'utilitzen els models de zones d'estructura empírica on s'identifiquen diferents modes de creixement (zones) en un diagrama de temperatures diferents a la temperatura de fusió (T / T m). Una anàlisi extensa d'aquests models va ser publicada per John A. Thornton el 1977 i aquí es presenta un breu resum d'això. Movchan i Demchishin van fer la següent classificació: la zona 1 apareix quan T / T m <0.3 i="" es="" caracteritza="" per="" una="" gran="" rugositat="" superficial="" i="" límits="" de="" grans=""> La zona 2 apareix quan es troba 0.3 <0.5 i="" es="" caracteritza="" per="" una="" matriu,="" superfície="" llisa="" i="" grans="" de="" columna="" amb="" límits="" diferents="" i=""> La zona 3 apareix quan 0,5 <1 i="" es="" caracteritza="" per="" una="" superfície="" lluminosa="" i="" grans=""> L'estructura i les propietats d'aquesta zona estan a prop del material a granel. Thornton ha proposat un model ampliat on la influència del procés de pressió del gas s'afegeix a un segon eix en el diagrama. En aquest diagrama es pot identificar una quarta zona (zona T, transició) entre la zona 1 i la zona 2. L'estructura de la zona T és densa i fibrosa sense límits de grans vacants.