¿Cuál es la diferencia entre pulverización catódica y evaporación?

Si bien existen múltiples métodos de deposición física de vapor (PVD), la pulverización catódica de plasma y la evaporación por haz de electrones son dos de los más comunes. Conocer la diferencia entre pulverización catódica y evaporación puede ayudarlo a determinar qué opción se adapta mejor a su aplicación de PVD.

En la pulverización catódica, los iones energéticos chocan con un objetivo para separar o pulverizar átomos del material objetivo. Alternativamente, la evaporación implica calentar el material fuente más allá de su temperatura de vaporización.

Tan sencillo como puede parecer, hay mucho más en estos métodos de PVD. Esta publicación compara los dos métodos, explica qué son y destaca sus ventajas y desventajas.

Explicación de la pulverización catódica

La pulverización catódica es un proceso de PVD que permite la creación de películas delgadas utilizando átomos pulverizados. Los sistemas de pulverización catódica vienen en varios tipos, incluyendo pulverización catódica de haz de iones y magnetrón.

La pulverización con haz de iones consiste en enfocar un haz de iones y electrones en un objetivo para pulverizar material sobre un sustrato.

El proceso comienza colocando la superficie que necesita el recubrimiento dentro de una cámara de vacío llena de átomos de gas inertes y no reactivos.

El material fuente recibe entonces una carga negativa, que lo convierte en un cátodo y hace que fluyan electrones libres desde él. Los electrones libres luego chocan con los electrones que rodean los átomos de gas cargados negativamente.

Como resultado, los electrones del gas son expulsados, convirtiendo los átomos del gas en iones de alta energía cargados positivamente. Luego, el material de origen atrae estos iones, que chocan a una velocidad tan alta que separan partículas de tamaño atómico.

Las partículas pulverizadas finalmente cruzan la cámara y aterrizan en el sustrato para crear una película de iones objetivo expulsados.

Dado que los iones poseen la misma direccionalidad y energía, este proceso ayuda a lograr una alta densidad y calidad de la película.

Por otro lado, la pulverización catódica con magnetrón es un método de recubrimiento basado en plasma en el que los iones cargados positivamente del plasma confinado magnéticamente chocan con los materiales fuente cargados negativamente. La colisión expulsa átomos del material, depositándolos sobre un sustrato.

Dado que el proceso ocurre en un campo magnético cerrado, atrapa mejor los electrones, lo que aumenta la eficiencia. Al hacerlo, el método ayuda a producir películas de buena calidad y ofrece la mayor escalabilidad de cualquier método PVD.

Explicación de la evaporación térmica

La principal diferencia entre la pulverización catódica y la evaporación está en cómo crean películas de recubrimiento.

Puede leer más sobre este método PVD en el artículo detallado sobre evaporación térmica de Korvus Technology .

La evaporación térmica se basa en el calor para evaporar o sublimar un material de origen sólido. Sin embargo, al igual que la pulverización catódica, la evaporación térmica también se presenta en numerosas formas, la evaporación térmica resistiva y la evaporación por haz de electrones.

Con la evaporación térmica resistiva, la energía térmica se recupera de una fuente de calor resistiva y se aplica al material fuente de estado sólido en una cámara de vacío. El calor evapora el material y crea vapor a alta presión, que se condensa sobre un sustrato y forma una película delgada.

Debido al entorno, la cámara de vacío crea, incluso el vapor a baja presión puede crear una nube de vapor de partículas evaporadas que pueden adherirse a la superficie del sustrato.

Este método de evaporación produce recubrimientos más gruesos, permite una rápida evaporación instantánea y funciona bien para aplicaciones industriales que utilizan contactos eléctricos.

La evaporación por haz de electrones utiliza un haz de electrones, enfocando una gran cantidad de energía en el material de origen en un crisol enfriado por agua o en una solera de cobre.

El haz de electrones crea temperaturas extremadamente altas que vaporizan materiales con altas temperaturas de fusión. Este vapor luego se asienta sobre un sustrato, formando una película del material evaporado.

Pros y contras de la pulverización catódica y la evaporación

Pros de la pulverización catódica

Dependiendo del tipo de pulverización catódica que elija, podría disfrutar de varios beneficios. Por ejemplo, las ventajas que ofrece la pulverización catódica con magnetrón incluyen:

• Uniformidad, que te ayuda a lograr un mejor rendimiento
• Bajos niveles de impurezas
• Impresionante densidad de película, con estrés de moderado a alto
• Tasas de escalabilidad más altas, con automatización disponible
• Alta tasa de deposición, ideal para aplicaciones con alto rendimiento

Alternativamente, con la pulverización catódica de haz de iones, puede disfrutar de ventajas como:

• Excelente uniformidad; lo mejor de todos los procesos PVD
• Los niveles de impurezas más bajos de cualquier proceso PVD
• Film de la más alta calidad, superior a todos los procesos PVD
• Direccionalidad excelente y altamente controlada
• Ideal para aplicaciones de baja temperatura
• Menor dispersión y absorción que otros procesos de PVD

Contras de la pulverización catódica

Sí, la pulverización catódica con haz de iones crea las películas más densas y de mayor calidad, y la pulverización catódica con magnetrón ofrece la mayor escalabilidad. Sin embargo, estos métodos físicos de deposición de vapor tienen algunas desventajas.

Por ejemplo, los inconvenientes que podría experimentar con la pulverización catódica incluyen:

• Baja direccionalidad
• Altos precios
• Alta complejidad del sistema
• Bajas tasas de deposición de dieléctricos
• Calentamiento de sustrato, especialmente cuando se trata de un material objetivo energético

La pulverización con haz de iones también tiene algunas desventajas, como:

• alto estrés
• Baja escalabilidad, lo que reduce el rendimiento
• Bajas tasas de deposición
• Altamente complejo y costoso
• Método de deposición más lento

Ventajas de la evaporación

En cuanto a la evaporación, tanto la evaporación por haz de electrones como la térmica resistiva tienen claras ventajas y desventajas.

Por ejemplo, la evaporación por haz de electrones ofrece beneficios tales como:

• Bajos niveles de impurezas
• Buena direccionalidad
• Altas tasas de deposición
• alto rendimiento
• Excelente uniformidad al usar máscaras y planetarios.
• Compatibilidad con fuentes de asistencia de iones

Optar por la evaporación térmica resistiva le permite disfrutar de lo siguiente:

• Altas tasas de deposición
• Sencillez
• Buena direccionalidad
• asequibilidad
• Excelente uniformidad

El método también es ideal para materiales con puntos de fusión bajos, se puede utilizar con metales y no metales, y es adecuado para aplicaciones que utilizan contactos eléctricos.

Contras de la evaporación

Los inconvenientes de la evaporación térmica resistiva incluyen los siguientes:

• Niveles más altos de impurezas
• Escalabilidad limitada
• Calidad de película de baja densidad
• Estrés moderado de la película
• Pobre uniformidad sin máscaras y planetario.

Con la evaporación por haz de electrones, tendrá que lidiar con:

• Complejidad moderada del sistema
• Resistencia al estrés moderado
• Escalabilidad limitada a tasas de deposición y utilización reducidas
• Costos moderados

Conclusión: ¿cuál debería usar?

Mientras que la pulverización produce una mejor uniformidad y calidad de la película, es más costosa y compleja. Alternativamente, aunque la evaporación es ideal para situaciones que requieren un alto rendimiento y una producción de volumen, tiene una escalabilidad limitada.

Al decidir qué método utilizar, elija la opción que ofrezca el equilibrio adecuado entre rendimiento, coste, calidad de la película y rendimiento. También debe considerar la aplicación industrial del método y sus preferencias.

¿Necesitas ayuda con tu decisión? Póngase en contacto con la tecnología Korvus.

Estaremos encantados de hablar con usted sobre la diferencia entre la pulverización catódica y la evaporación y cómo nuestro sistema HEX puede ayudar.