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Aplicações da tecnologia do revestimento de vácuo de PVD

December 11, 2017

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Aplicações do revestimento de vácuo


------------por Donald M. Mattox, diretor técnico de SVC

 

Introdução
O vácuo é um ambiente onde a pressão de gás seja menos do que ambiental. Um plasma é um ambiente gasoso em que há bastante íons e elétrons para haver a condutibilidade elétrica apreciável. O revestimento de vácuo é o depósito de um filme ou de um revestimento em um ambiente do vácuo (ou plasma de baixa pressão). O termo é aplicado geralmente aos processos que depositam átomos (ou moléculas) um de cada vez como o depósito de vapor físico (PVD) ou os processos de baixa pressão do depósito de vapor químico (LP-CVD) ou CVD plasma-aumentado (PECVD). Em processos de PVD, o material que está sendo depositado vem da vaporização de uma superfície contínua ou líquida. Em processos do CVD, o material que está sendo depositado vem de uma espécie química do precursor do vapor que seja decomposta pela redução ou pela decomposição-na maior parte térmica em uma superfície quente.

Em alguns casos o material que está sendo depositado reage com o ambiente gasoso ou uma espécie codeposited para formar um filme de um material composto tal como um óxido, um nitreto, o carboneto, ou um carbonitride. No CVD que processa, o uso de um plasma fragmentar o precursor químico do vapor na fase de vapor permite que os processos da decomposição ou da redução continuem em umas mais baixas temperaturas do que com a ativação térmica sozinha. PECVD pode ser executado nas pressões tão baixas quanto aquelas usadas em PVD que processa (PECVD de baixa pressão, LP-PECVD), onde o vapor do precursor é decomposto principalmente no plasma. Em alguns casos um processo híbrido do depósito de PVD e de LP-PECVD é usado para depositar ligas, compostos, ou compostos. Um exemplo é metal carbonitrides onde o carbono vem de um precursor químico do vapor tal como o acetileno; o nitrogênio vem de um gás; e o metal da evaporação, de engasgar, ou da vaporização do arco de uma superfície contínua ou líquida.

 

Filmes eletricamente condutores
Os filmes do metal são os filmes bondes os mais comuns do condutor. Os filmes do metal podem ser usados como as metalizações “gerais” ou podem ser formados em linhas discretas do condutor (“listras”) mascarando a carcaça durante o depósito ou por processos fotolitográficos subsequentes gravura a água-forte. As linhas do condutor são usadas na tecnologia do microcircuito híbrido e na fabricação de dispositivos de semicondutor. Frequentemente, os condutores bondes são filmes multilayer (pilhas) onde cada camada tem uma função. Por exemplo, a pilha do filme do condutor pôde ter a composição: Vidro-Si-Paládio-Cu-Au. (Ti) titanium é a camada da “colagem”, o paládio (Pd) fornece a resistência de corrosão, (Cu) de cobre é um condutor bonde, e o ouro (Au) fornece a proteção de corrosão. Os condutores do metal depositado em “vias” são usados em estabelecer contatos bondes entre camadas diferentes na fabricação do dispositivo de semicondutor. A metalização geral é usada para fornecer a interferência eletromagnética (EMI) e a interferência (RFI) da radiofrequência que protege em estruturas tais como as capas de plástico para os celulares, elétrodos para os elétrodos rígidos e flexíveis do capacitor, e as superfícies para o radar “debulho.”

Metal o nitreto, carboneto, e os filmes do silicide são geralmente eletricamente condutores (o si3 N4 e AlN são exceções importantes). Em algumas aplicações, os filmes destes materiais refratários são usados para fornecer barreiras de difusão entre materiais. Por exemplo, na metalização do semicondutor, o alumínio ou o material do elétrodo do ouro difundirão no silicone durante o processamento de alta temperatura. Um filme titanium eletricamente condutor do nitreto depositado na superfície do silicone antes que o elétrodo do metal esteja depositado impedirá a difusão. Os contatos da geração estáveis, eletricamente condutores, nonrectifying, do metal do semicondutor dos metais ou os compostos do metal-silicide são um aspecto importante da fabricação do dispositivo de semicondutor. Os nitretos do metal tais como o nitreto (TaN) do tântalo são usados como materiais do resistor de filme fino. Eletricamente os óxidos condutores não transparentes tais como o trióxido do cromo (Cr2 O3), o óxido de ligação (PbO), e o oxigênio do rutênio (RuO) são usados como os elétrodos em atmosferas de oxidação de alta temperatura.

Os supercondutores são os materiais que têm perto da resistividade elétrica zero abaixo de alguma temperatura crítica (Tc). Baixo Tc (menos do que [<>c (maior do que [>] K) o material do supercondutor 50 é uma mistura dos óxidos (óxidos do ítrio-bismuto-cobre [Y-Bi-Cu], YBCO). Os filmes finosdo supercondutor alto de Tc são depositados frequentemente pela ablação do laser no vácuo.

 

Condutores bondes transparentes
Os filmes condutores transparentes de (TCO) do óxido, tais como o trióxido do índio (em2 O3), estanham o dióxido (SnO2), óxido de zinco (ZnO) e uma liga do óxido do índio e o óxido da lata (ITO), tem aplicações numerosas tais como calefatores em janelas para degelar, revestimentos antiestáticos em telas de exposição, os elétrodos em telas planos e dispositivos electrocrómicos, e os elétrodos em flexível (tela resistive) e (telas tácteis rígidos da tela capacitiva). A resistividade elétrica para os filmes de TCO pode variar de maior de 1.000 ohms pelo “quadrado” a menos de 10 ohms pelo quadrado com boa transmissão ótica.

 

Isoladores bondes
Os filmes eletricamente de isolamento são usados para isolar eletricamente componentes de condução em dispositivos de semicondutor, e como um dielétrico dentro dos capacitores. Os materiais comuns do filme do isolador são dióxido de silicone (SiO2), trióxido de alumínio (Al2 O3), pentóxido do tântalo (Ta2 O5), nitreto de silicone (si3 N4), e nitreto de alumínio (AlN). Intervir um filme de óxido fino entre um filme do metal e um semicondutor permite a formação do dispositivo tecnologicamente importante de (MOS) do metal-óxido-semicondutor. Os revestimentos grossos de SiO2, com seu baixo coeficiente da expansão térmica, podem ser salpico do rf depositados. As camadas de isolamento de SiO2, de nitreto de silicone (si2 N3), e de vidro são depositadas por PECVD para camadas da capsulagem e da isolação no processamento do semicondutor.

 

Filmes óticos
Os filmes óticos, filmes geralmente multilayer (“pilhas”), são os filmes que afetam a transmissão ou a reflexão ótica de uma superfície. Estão alternando geralmente camadas de materiais que têm a elevação (germânio [Ge], si, TiO2, dióxido de zircônio [ZrO2], SiO, dióxido do cério [CEO2]) e os índices do ponto baixo (fluoreto do magnésio [MGF2], SiO2) de refração. Uma aplicação principal é os revestimentos de (AR) do antirreflexo em lentes. As pilhas óticas do filme podem ser usadas como filtros óticos. A densidade neutra ou os filtros cinzentos reduzem a intensidade de luz ingualmente para todos os comprimentos de onda; os filtros de faixa larga afetam a transmissão da radiação sobre uma escala de comprimento de onda larga, quando os filtros estreitos ou monocromáticos afetarem a transmissão sobre uma região muito estreita do comprimento de onda. Um exemplo de um filtro de faixa larga é de “um filtro borda” que “eliminem” (UV) ultravioleta emissor por uma lâmpada de vapor do mercúrio. Os exemplos de filtros de faixa estreita são os filtros de cor usados na fotografia e nos projetores.

Algumas pilhas do filme são um tipo especial de filme ótico que tem uma cor que seja relacionada à ângulo--observação (OVIDs). Estes filmes permitem holográfico-como a imagem latente. Estes filmes de OVID são usados como dispositivos de segurança para impedir falsificar. Estes filmes são uma consequência dos filmes interferência-coloridos usados para filmes decorativos e, quando pulverizados, como pigmentos.

 

Revestimentos térmicos do controle
A composição dos revestimentos térmicos do controle em janelas difere com o resultado final desejado. Se o objeto é manter a radiação solar de entrar através da janela, um filme multilayer do vidro-TiO2 - o cr-TiO2 pode ser usado (revestimento solar do controle). Se o objeto é manter o calor na sala, um filme fino da prata pode ser usado para refletir 85% a 95% da radiação infravermelha de baixa temperatura de novo na sala (baixo-e revestimento). Um tal “revestimento dobro-e” é vidro-ZnO-AG (si) - ZnO-AG (si) - ZnO-TiO2. O ZnO fornece um revestimento antireflective.

Outros tipos de revestimentos térmicos do controle são usados para absorver a radiação solar (absorventes solares), fixam seletivamente a radiação solar e para não se emitir a radiação infravermelha (absorventes solares seletivos), ou para ter uma emissividade alta para aumentar refrigerar pela radiação. Os revestimentos de barreira térmica são usados para reduzir o transporte térmico de um ambiente quente à carcaça. O óxido de zircônio (ZrO2) estabilizado com óxido de cálcio (CaO), MgO, ou Y2 O3 é usado como um revestimento de barreira térmica nas lâminas de turbina do motor de aviões.

 

Revestimentos do refletor
Os filmes do metal são amplamente utilizados para superfícies do refletor. A prata é usada frequentemente quando a corrosão não é um problema, como para espelhos da para trás-superfície. De alumínio pode ser usado como uma dianteiro-superfície ou um refletor da para trás-superfície. Frequentemente, os refletores aluminizados da dianteiro-superfície, tais como refletores do farol, estão sobre revestido de um filme protetor do polímero (revestimento superior). O cromo está usado em refletores da dianteiro-superfície quando a corrosão é um problema mesmo que sua refletividade no visível (60%) seja menos do que aquela do alumínio (> 90%). Os filmes do refletor são usados em aplicações geralmente encontradas numerosas, como em compacts disc para o armazenamento do vídeo e da música, os refletores da lâmpada, e espelhos visuais tais como os espelhos retrovisores para carros. Os filmes em alguns casos multilayer, similares aos filmes óticos multilayer, são usados para refletir seletivamente determinados comprimentos de onda e não outro. Os exemplos são “os espelhos frios” que refletem a radiação visível mas não os comprimentos de onda infravermelhos e “aquecem os espelhos” que refletem o infravermelho mas não o visível. Os espelhos do calor são usados para levantar a temperatura interna de lâmpadas do halogênio. Os espelhos frios são usados para reduzir o calor da iluminação da fase em atores.

 

Empacotamento
Os revestimentos de barreira são usados em filmes e no papel flexíveis do polímero para que o empacotamento de alimento reduza a taxa de transmissão (WVTR) do vapor de água e a taxa de transmissão (OTR) do oxigênio através do filme do papel ou do polímero. O material o mais comum de revestimento de barreira é de alumínio, que é depositado em rolos do filme do polímero (Web), a seguir fornecido aos “conversores” quem fabricam o empacotamento. Os revestimentos de metal são depositados em alguns casos em uma superfície e então “transferidos” ao filme de empacotamento. Os revestimentos de barreira transparentes são desejáveis em muitos casos. As camadas de SiO2-x, pela evaporação reativa e o PECVD e revestimentos compostos do Al2 O3 do2:30%de SiO pela co-evaporação do E-feixe são usadas para formar camadas de barreira transparentes. O material de revestimento composto é mais denso e flexível do que o material depositado de SiO2 ou de Al2 O3 apenas. Os filmes de alumínio são usados em balões hélio-enchidos polímero para reduzir a perda de hélio.

 

Revestimentos decorativos e decorativos/desgaste
A metalização para finalidades restritamente decorativas é um grande mercado. As aplicações variam do polímero do revestimento Web-que são convertidas então aos usos decorativos tais como balões e etiqueta-à metalização de artigos tridimensionais, tais como troféus dos esportes, o zinco morre molde e dispositivos bondes decorativos moldados do polímero, e dos recipientes cosméticos. Frequentemente estes revestimentos consistem em um revestimento de alumínio reflexivo que seja depositado em um revestimento baixo liso, a seguir sobre revestido de uma laca tingida para dar ao revestimento a cor desejada e para os texture e a resistência igualmente da corrosão e de desgaste.

Em algumas aplicações, além do que os aspectos decorativos do revestimento, o revestimento é exigido para suportar o desgaste. Por exemplo, o nitreto titanium (TiN) é ouro colorido, e o titânio carbonitride (tiquexNy) pode variar na cor do ouro ao roxo para enegrecer segundo a composição. O nitreto do zircônio (ZRN) tem a cor do bronze e é muito mais desgaste e risco resistentes do que o bronze. Os revestimentos decorativos/desgaste são usados no hardware da porta, nos dispositivos bondes de encanamento, nos artigos da forma, no hardware marinho, e nas outras tais aplicações.

 

Duramente e desgaste - revestimentos resistentes
Os revestimentos duros frequentemente são chamados revestimentos metalúrgicos e são um tipo de revestimento tribológico. Os revestimentos duros são usados para aumentar a eficiência do corte e a vida operacional de ferramentas de corte e para manter as tolerâncias dimensionais dos componentes usados nas aplicações onde o desgaste pode ocorrer, como modelagens por injeção. Além, os revestimentos podem atuar como uma barreira de difusão onde as altas temperaturas sejam geradas pelo movimento entre superfícies ou proteção de corrosão em ambientes agressivos. Há umas várias classes de materiais de revestimento duros. Incluem: óxidos de metal ionically ligados (Al2 O3, ZrO2, e TiO2), materiais covalently ligados (sic, o carbono do boro [B4C], o diamante, o diamante-como-carbono [DLC], o tique, AlN, centro de detecção e de controlo, carboneto misturado, nitreto e carbonitride ligas compostas, e o nitreto de boro cúbico), e algumas ligas do metal (ítrio de alumínio do cromo do cobalto [CoCrAlY], Nial, NiCrBSi). Em alguns casos os revestimentos podem ser mergulhados para combinar propriedades.

Os revestimentos duros são usados igualmente para minimizar o fadiga-desgaste, como são encontrados nos rolamentos de esferas. os revestimentos Desgaste-resistentes igualmente podem ser aplicados às superfícies onde há uma carga clara ou periódica. Por exemplo, os revestimentos duros são depositados em plásticos para melhorar a resistência do risco. As aplicações estão em lentes plásticas moldadas e em dosséis plásticos do avião. Vista em alguns casos revestimentos, tais como SiO2 ou o Al2 O3, pode ser aplicado às superfícies já duras, tais como o vidro, para aumentar a resistência do risco.

 

Filmes eletricamente ativos
Os filmes lubrificados do silicone são usados em dispositivos de semicondutor, e estes filmes são depositados frequentemente por uma epitaxia de feixe molecular chamada uma técnica (MBE) da evaporação de PVD técnica muito sofisticada ou do CVD da epitaxia (VPE) da fase de vapor. O silicone amorfo para células solares é depositado por PECVD em Web e em carcaças rígidas. Os filmes de Electochromic, que mudam a transmissão ótica na aplicação de uma tensão, dependem da difusão de uma espécie móvel no filme sob um campo bonde. Os filmes de um material tais como o selênio podem tornar-se carregados eletricamente quando expostos à luz. Tais filmes são usados para guardar o tonalizador em máquinas de fotocópia.

Suportes de memória magnéticos
Os materiais magnéticos são classificados como “duramente” ou “brandamente” segundo como duramente é magnetizar, desmagnetize, ou “comute” o campo magnético. Materiais magnéticos macios, tais como os permalóis (ferro [Fe]: o Ni de 40 a de 80%) e o Fe5 O12 de Y2 (grandada) são usados nos dispositivos de armazenamento da memória onde os dados são mudados frequentemente. Materiais magnéticos duros tais como magnetita, Co: Ni: tungstênio [W], Co: rênio [com referência a], gadolínio [Gd]: Co, e Gd: terbium [TB]: O Fe é usado em uns meios mais permanentes da gravação tais como cassetes áudio. As várias técnicas são usadas para definir os domínios magnéticos que atuam como os locais de armazenamento.

 

Revestimentos protetores da corrosão
A proteção de um ambiente químico agressivo pode ser realizada em diversas maneiras. A superfície pode ser revestida com um material inerte ou com um material que forme uma superfície protetora após a reação com o ambiente ou com um material que seja removido sacrificial para proteger o material subjacente. O tântalo, a platina, e o carbono são inertes em muitos ambientes químicos. Por exemplo, os revestimentos do carbono são usados nos metais que são implantados no corpo humano para fornecer a compatibilidade. Nas peças da indústria aeroespacial são revestidos de alumínio pelo processo de PVD de depósito de vapor (IVD) do íon para impedir a corrosão galvânico de materiais dissimilares no contato.

O cromo, o alumínio, o silicone, e as ligas de MCrAlY (onde M é Ni, Co, Fe) reagirão com o oxigênio para formar uma camada protetora coerente do óxido na superfície. Se os íons do metal (Fe, Cu) difundem mais rapidamente do que o oxigênio através do óxido, um óxido grosso formará na superfície. Se o oxigênio difunde mais rapidamente através do óxido do que os íons do metal (metais da “válvula” do Al, do si, do si, do zr-), a oxidação ocorrerá na relação e um óxido fino será formado. Os revestimentos da liga de MCrAlY são usados como revestimentos protetores nas lâminas de turbina do motor de aviões. Cádmio, alumínio, e Al: As ligas do Zn são usadas como revestimentos sacrificiais galvânicos no aço. O chapeamento do cádmio do vácuo (“VAC cad”) não tem a vantagem sobre o cádmio galvanizado naquela lá é nenhuma possibilidade de fragilização de hidrogênio do aço de grande resistência quando o processamento do depósito de vácuo é usado.

 

Lubrificantes de filme contínuo/baixo revestimentos da fricção
A NASA abriu caminho o uso de lubrificantes vácuo-depositados do sólido do filme fino. Os lubrificantes são de dois tipos: o metal da baixo-tesoura lubrificante-tal tão de prata e ligação-e o composto decorte material-tal quanto o bissulfeto de molibdênio (MOS2). Os lubrificantes do metal da baixo-tesoura são usados em aplicações do alto-torque tais como os ânodos de gerencio nos tubos de raio X. os materiais compostos da Baixo-tesoura são usados em aplicações do mecânico-rolamento no vácuo e onde o lubrificante “rastejamento” pode ser um problema. Porque somente um filme muito fino é precisado para a lubrificação, a aplicação do filme do lubrificante não conduz às mudanças significativas das dimensões. Os baixos revestimentos da fricção do carbono decontenção (mim-c) são usados para reduzir o desgaste em aplicações mecânicas do contato

 

Estruturas autônomas
As estruturas autônomas podem ser feitas depositando um revestimento em uma superfície (mandrel), a seguir separando o revestimento da superfície do mandrel ou dissolvendo o mandrel. A técnica é útil para fabricar estruturas muito finas, superfícies complexas, ou folhas ou folhas dos materiais que são duros de se deformar rolando. Os exemplos são as janelas usadas para a transmissão do raio X, cones do berílio da fino-parede do boro para folhas audio de alta frequência da liga dos oradores, e do metal do Si-V-Al. Relativamente uma nova aplicação é a produção de dispositivos microelectromechanical dos sistemas (MEMS) onde as estruturas muito pequenas são fabricadas usando o depósito e gravando processos.

 

Revestimentos baixos para galvanizar
Os materiais que são difíceis de galvanizar devido à formação rápida do óxido podem ter um revestimento baixo aderente aplicado por processos de PVD e então o revestimento constituído pelo depósito eletrolítico. Os exemplos estão chapeando no titânio, no urânio, e no zircônio onde um revestimento baixo de um material como o níquel ou o cobre está aplicado por um processo de PVD antes que o revestimento galvanizado esteja acumulado.

 

Filmes do polímero
Está aumentando o interesse em depositar filmes orgânicos e inorgánicos do polímero no vácuo. Estes filmes podem ser formados pela condensação de um monômero seguido o E-feixe ou pela cura UV para polimerizar o monômero ou pela polimerização do plasma do monômero. O precursor do monômero pode render um carbono, um silicone, ou um material de polímero boro-baseado que contém frequentemente o hidrogênio, o cloro, ou o flúor. Flúor-contendo filmes são usados para formar superfícies hidrofóbicas.

 

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