Deși conceptul de PVD este utilizat în mod normal ca un concept lipsit de ambiguitate, într-adevăr constă dintr-o varietate de metode. Unele dintre tehnicile PVD utilizate mai frecvent sunt discutate mai jos și comparate cu metoda de pulverizare cu magnetron.

Evaporare

Cea mai veche tehnică aplicată este cu siguranță evaporarea pură a unui metal, dar și evaporarea reactivă a fost folosită pentru producția de pelicule subțiri. Materialul de acoperit este evaporat prin încălzire ohmică, determinând topirea materialului în cauză și astfel evaporarea pe substrat. De asemenea, este posibil să se realizeze topirea materialului prin direcționarea unui fascicul de electroni către țintă, generând astfel evaporarea. Pentru materialele de topire la temperaturi foarte ridicate, metoda fasciculului de electroni este cea mai potrivită.

Principala diferență dintre pulverizarea cu magnetron și evaporare este energia atomilor sau ionilor care afectează substratul care urmează să fie acoperit. În timp ce numai energiile termice (cca. 0,1 eV) ale atomilor ejectați ies din țintă într-un sistem de evaporare, pulverizarea cu magnetron dă naștere la energii ejectate mult mai mari (în intervalul 2-30 eV). Această diferență în energiile de bombardament duce la o aderență crescută, o împachetare mai densă a particulelor depuse și orientări mai pronunțate ale granulelor pentru tehnica de pulverizare cu magnetron. Energiile de ejectare comparativ scăzute ale atomilor care se stabilesc prin evaporare duce, de asemenea, la desfășurarea procesului de depunere într-un mediu de presiune relativ scăzută, adică în intervalul 10^-6–10^-9 mbar (10^-3–10^-6 Pa), în funcție de puritatea prescrisă a peliculei, în timp ce în pulverizarea cu magnetron presiunea la care depunerea încă este posibilă poate fi de până la 10^-2 mbar (10 Pa). Acest lucru se datorează faptului că la energii mai mici, atomii ejectați sunt opriți mai ușor de ciocniri în camera de vid decât atomii cu energii mai mari. Tabelul 2 de mai jos prezintă câteva trăsături caracteristice comparative ale proprietăților peliculei obținute prin pulverizarea cu magnetron versus tehnicile de evaporare.

Placare cu ioni

Placarea cu ioni, care a fost dezvoltată la începutul anilor 1970 de către Mattox, este o dezvoltare a evaporării ca tehnică de acoperire. Aici, substratul este bombardat de ioni energetici dând naștere pulverizării înainte și în timpul unei proceduri de evaporare a fasciculului de electroni. Înainte de depunere, substratul este ținut la o tensiune negativă mare comparabilă în intervalul 2-5 kV, provocând curățarea suprafeței prin pulverizare. În timpul depunerii, această tensiune este scăzută pentru a minimiza efectul de pulverizare. Rata de depunere este apoi echilibrată de diferența dintre puterea de evaporare și pulverizare.

Principalul avantaj cu placarea ionică este gradul ridicat de intensitate a bombardamentului ionic. Acest lucru conduce la proprietăți de aderență excelente, în general în conformitate cu procesul prezentat în Fig. 3. Expunerea la particule a materialului depus are, de asemenea, un efect benefic asupra densității peliculei. În plus, presiunea de vid relativ înalt în timpul evaporării, care poate fi menținută datorită energiilor comparabil de mari ale ionului ejectat, duce la o cantitate mare de împrăștiere a ionilor care reduce efectul de linie de vedere. De asemenea, trebuie menționat faptul că există variații de placare cu ioni sub formă de aranjamente operaționale suplimentare, cum ar fi îmbunătățirea externă a plasmei sau sursele de ioni. Placarea ionică în comparație cu pulverizarea cu magnetron (pentru și contra) este prezentată în Tabelul 3 de mai jos.

Depunerea cu arc

Dintre diferitele tipuri de metode PVD, depunerea cu arc catodic este cea care seamănă cel mai mult cu tehnica de pulverizare cu magnetron. La fel ca în pulverizarea cu magnetron, magneții, deși mai slabi, sunt aranjați în spatele țintei care este ținută la un potențial negativ. Dar, pentru ca arcul să se aprindă aproape de suprafață, țintei trebuie aplicată o putere mult mai mare. O descărcare cu arc auto-susținut este realizată pentru curenții de descărcare care depășesc 1 A, care pot crește la valori de până la 100 A și mai mult. În această regiune nu este necesar nici un gaz purtător, cum ar fi argonul, și se creează un grad ridicat de ionizare a materialului țintă.

În plus, energiile ionilor emiși în depunerea cu arc sunt mai mari decât în ​​pulverizarea cu magnetron. Însă, în metoda depunerii cu arc, micro-picăturile sunt erodate și ejectate de pe suprafața țintă în intervalul 0,1-100 μm. Acest lucru degradează cu siguranță ambiția de a produce un strat strălucitor și fără defecte pe o suprafață de substrat foarte lustruită. Există mai multe aranjamente de filtrare pentru a elimina aceste picături cu rezultate diferite. Utilizarea țintei pentru depunerea cu arc este mai bună decât în ​​pulverizarea cu magnetron. Acest lucru se datorează faptului că pista de eroziune care este observată în pulverizarea cu magnetron nu este văzută în depunerea cu arc din cauza faptului că punctele catodice ale arcului se mișcă în jurul suprafeței țintă într-un mod mai mult sau mai puțin neregulat. Pentru și împotriva depunerii cu arc în comparație cu pulverizarea cu magnetron este prezentată în Tabelul 4 de mai jos.

Depunere asistată de fascicule de ioni (IBAD)

Această tehnică de acoperire implică în principal două configurații diferite. Una implică utilizarea unei surse cu fascicul de ioni care vizează o țintă pentru a induce pulverizarea combinată cu o a doua sursă cu fascicul de ioni care produce ionii care lovesc (dintr-un gaz inert sau reactiv) pe substrat. A doua versiune constă dintr-o sursă cu fascicul de ioni care vizează substratul combinată cu un sistem de evaporare care acționează aici ca abordare de depunere.

Scopul oricărui sistem IBAD este, evident, de a maximiza efectul bombardamentului ionic în timpul procesului de depunere. După cum s-a discutat în detaliu mai sus, acest tip de disipare a energiei către substrat va îmbunătăți o varietate de caracteristici îmbunătățite de acoperire (Harper și colab. 1984). Pentru și împotriva depunerii asistate de fascicul de ioni în comparație cu pulverizarea cu magnetron este prezentată în Tabelul 5 de mai jos.

Rezumând comparațiile dintre diferitele tehnici PVD, s-ar putea concluziona că pentru aplicațiile în care se doresc acoperiri fără micro-defecte cu topografii extrem de plate, adică cu valori Ra de până la 0,002 μm, cele mai potrivite tehnici de considerat sunt pulverizarea cu magnetron sau IBAD. Luând în considerare și aspectele economice, pulverizarea cu magnetron este singura opțiune posibilă. Pentru aplicațiile în care alte criterii decât, de exemplu, topografia suprafeței vor determina metoda PVD care urmează să fie aleasă, trebuie luate în considerare cerințele individuale suplimentare în cauză.