PVD vs CVD

Για να συζητήσουμε τις διαφορές μεταξύ των διαδικασιών χημικής και φυσικής απόθεσης ατμών, πρέπει να τις περιγράψουμε.

Απόθεση χημικών ατμών (CVD) - Εισάγεται ένας πρόδρομος σε ένα θάλαμο αντίδρασης και ελέγχεται από ισορροπημένους ρυθμιστές ροής και βαλβίδες ελέγχου. Τα πρόδρομα μόρια περνούν από το υπόστρωμα, εισέρχονται στο οριακό στρώμα και εναποτίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος.

Η φυσική εναπόθεση ατμών (PVD) αποτελείται από διάφορες μεθόδους, όπως εξάτμιση, ψεκασμό και επιταξία μοριακής δέσμης (MBE).

Εξάτμιση: Το υλικό θερμαίνεται σε αέρια φάση, όπου στη συνέχεια διαχέεται μέσω κενού στο υπόστρωμα.

Sputtering: Το πλάσμα παράγεται πρώτα. αυτό το πλάσμα περιέχει ιόντα αργού και ηλεκτρόνια. Ακολούθως, τα άτομα από τον στόχο εκτοξεύονται αφού χτυπήσουν με ιόντα αργού. Τα άτομα από τον στόχο στη συνέχεια ταξιδεύουν μέσω του πλάσματος και σχηματίζουν ένα στρώμα στο υπόστρωμα.

Επιταξία μοριακής δέσμης: Το υπόστρωμα καθαρίζεται και φορτώνεται σε θάλαμο που εκκενώνεται και θερμαίνεται για να απομακρύνει τους επιφανειακούς μολυντές και να τραχύσει την επιφάνεια του υποστρώματος. Οι μοριακές δοκοί εκπέμπουν μια μικρή ποσότητα υλικού προέλευσης μέσω ενός διαφράγματος, το οποίο στη συνέχεια συλλέγεται στο υπόστρωμα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα  

Ανάλογα με την εφαρμογή, υπάρχουν ισχυρά επιχειρήματα για τη χρήση οποιασδήποτε διαδικασίας (PVD ή CVD). Ένας λόγος για να χρησιμοποιηθεί μια διαδικασία φυσικής εναπόθεσης ατμού (όπως ο ψεκασμός) αντί για χημική εναπόθεση ατμού είναι η απαίτηση θερμοκρασίας. Οι διαδικασίες CVD λειτουργούν σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από τις διεργασίες PVD, συνήθως μεταξύ 300 ° C και 900 ° C. Αυτή η θερμότητα τροφοδοτείται από φούρνο, πηνίο RF ή λέιζερ, αλλά θερμαίνει πάντα το υπόστρωμα. Τα υποστρώματα που δεν μπορούν να ανεχθούν αυτή τη θερμοκρασία πρέπει να έχουν λεπτές μεμβράνες που εναποτίθενται από τη φυσική μορφή εναπόθεσης ατμού. Το πλεονέκτημα της θερμοκρασίας υποστρώματος σε ορισμένες διαδικασίες CVD είναι ότι υπάρχει λιγότερη εναπόθεση αποβλήτων, ειδικά σε αντιδραστήρες ψυχρού τοιχώματος, επειδή μόνο οι θερμαινόμενες επιφάνειες είναι επικαλυμμένες. Με τη χρήση ενός συστήματος θέρμανσης με λέιζερ, η διαδικασία εναπόθεσης χημικών ατμών γίνεται επιλεκτική στη διαδρομή του λέιζερ. αυτό είναι ένα ξεχωριστό πλεονέκτημα έναντι των μεθόδων φυσικής εναπόθεσης ατμού όπως ο ψεκασμός. Η επιταξία μοριακής δέσμης (μέθοδος PVD) έχει ένα ξεχωριστό πλεονέκτημα του ελέγχου του ατομικού επιπέδου της χημικής σύνθεσης, του πάχους του φιλμ και της ευκρίνειας της μετάβασης. Αυτή η διαδικασία είναι σχετικά ακριβότερη, αλλά αξίζει το πρόσθετο κόστος για εφαρμογές που απαιτούν μεγαλύτερη ακρίβεια. Το Sputtering (διαδικασία PVD) δεν απαιτεί τη χρήση εξειδικευμένων προδρόμων υλικών όπως χρησιμοποιούνται στην CVD. Το Sputtering έχει ένα ευρύτερο φάσμα υλικών που είναι άμεσα διαθέσιμα για εναπόθεση. Ένα άλλο πλεονέκτημα της φυσικής εναπόθεσης ατμού έναντι της εναπόθεσης χημικών ατμών είναι το ζήτημα της ασφάλειας των υλικών που χρησιμοποιούνται για την εναπόθεση χημικών ατμών. Είναι γνωστό ότι ορισμένοι πρόδρομοι και μερικά υποπροϊόντα είναι τοξικά, πυροφορικά ή διαβρωτικά. Αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα με το χειρισμό και την αποθήκευση υλικού. Υπάρχουν εφαρμογές που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν επιτυχώς τη μέθοδο απόθεσης. Ωστόσο, ένας έμπειρος μηχανικός θα μπορούσε εύκολα να συστήσει χημική ή φυσική εναπόθεση ατμού για μια εργασία βασισμένη σε κριτήρια όπως το κόστος, το πάχος του φιλμ, η διαθεσιμότητα υλικού πηγής και ο έλεγχος της σύνθεσης.