Qual é a diferença entre Sputtering e Evaporação?

Embora existam vários métodos de deposição física de vapor (PVD), a pulverização catódica de plasma e a evaporação por feixe de elétrons são dois dos mais comuns. Saber a diferença entre pulverização catódica e evaporação pode ajudá-lo a determinar qual opção se adapta melhor à sua aplicação PVD.

Na pulverização catódica, os íons energéticos colidem com um alvo para separar ou pulverizar átomos do material alvo. Alternativamente, a evaporação envolve o aquecimento do material de origem além de sua temperatura de vaporização.

Por mais simples que pareça, há muito mais nesses métodos PVD. Este post compara os dois métodos, explicando o que são e destacando seus prós e contras.

Sputtering explicado

Sputtering é um processo PVD que permite a criação de filmes finos usando átomos pulverizados. Os sistemas de pulverização catódica vêm em vários tipos, incluindo feixe de íons e pulverização catódica de magnetron.

A pulverização catódica de feixe de íons envolve o foco de um feixe de íon-elétron em um alvo para pulverizar o material em um substrato.

O processo começa colocando a superfície que precisa do revestimento dentro de uma câmara de vácuo preenchida com átomos de gás inerte e não reativo.

O material de origem então recebe uma carga negativa, que o converte em um cátodo e faz com que os elétrons livres fluam dele. Os elétrons livres então colidem com os elétrons que cercam os átomos de gás carregados negativamente.

Como resultado, os elétrons do gás são expulsos, convertendo os átomos do gás em íons de alta energia carregados positivamente. O material de origem então atrai esses íons, que colidem em uma velocidade tão alta que separam partículas de tamanho atômico.

As partículas pulverizadas finalmente atravessam a câmara, aterrissando no substrato para criar um filme de íons alvo ejetados.

Como os íons possuem direcionalidade e energia iguais, esse processo ajuda a obter alta densidade e qualidade do filme.

Por outro lado, a pulverização catódica é um método de revestimento baseado em plasma, onde íons carregados positivamente de plasma confinado magneticamente colidem com materiais de origem carregados negativamente. A colisão ejeta átomos do material, depositando-os em um substrato.

Com o processo ocorrendo em um campo magnético fechado, ele aprisiona melhor os elétrons, aumentando a eficiência. Ao fazer isso, o método ajuda a produzir filme de boa qualidade e oferece a maior escalabilidade de qualquer método PVD.

Evaporação Térmica Explicada

A principal diferença entre pulverização catódica e evaporação está em como eles criam filmes de revestimento.

Você pode ler mais sobre este método PVD no artigo detalhado sobre evaporação térmica da Korvus Technology .

A evaporação térmica depende do calor para evaporar ou sublimar um material de origem sólida. No entanto, semelhante ao sputtering, a evaporação térmica também ocorre em várias formas, evaporação térmica resistiva e evaporação por feixe eletrônico.

Com a evaporação térmica resistiva, a energia térmica é recuperada de uma fonte de calor resistiva e aplicada ao material de fonte de estado sólido em uma câmara de vácuo. O calor evapora o material e cria vapor de alta pressão, que se condensa em um substrato e forma um filme fino.

Devido ao ambiente, a câmara de vácuo cria, mesmo vapor de baixa pressão pode criar uma nuvem de vapor de partículas evaporadas que podem aderir à superfície do substrato.

Este método de evaporação produz revestimentos mais espessos, permite rápida evaporação instantânea e funciona bem para aplicações industriais que usam contatos elétricos.

A evaporação por feixe elétrico usa um feixe de elétrons, concentrando uma grande quantidade de energia no material de origem em um cadinho resfriado a água ou forno de cobre.

O feixe de elétrons cria temperaturas extremamente altas que vaporizam materiais com altas temperaturas de fusão. Esse vapor então se deposita em um substrato, formando uma película do material evaporado.

Prós e Contras de Sputtering e Evaporação

Prós de Sputtering

Dependendo do tipo de pulverização que você escolher, poderá desfrutar de vários benefícios. Por exemplo, as vantagens que a pulverização catódica oferece incluem:

• Uniformidade, que ajuda você a obter um melhor rendimento
• Baixos níveis de impureza
• Densidade de filme impressionante, com estresse moderado a alto
• Taxas de escalabilidade mais altas, com automação disponível
• Alta taxa de deposição, ideal para aplicações com alto rendimento

Como alternativa, com pulverização catódica de feixe de íons, você pode desfrutar de vantagens como:

• Excelente uniformidade; o melhor de todos os processos PVD
• Os níveis de impureza mais baixos de qualquer processo PVD
• Filme da mais alta qualidade, superior a todos os processos PVD
• Direcionalidade excelente e altamente controlada
• Ideal para aplicações de baixa temperatura
• Menor dispersão e absorção do que outros processos PVD

Contras de Sputtering

Sim, a pulverização de feixe de íons cria os filmes mais densos e de alta qualidade, e a pulverização de magnetron oferece a maior escalabilidade. No entanto, esses métodos físicos de deposição de vapor têm algumas desvantagens.

Por exemplo, as desvantagens que você pode experimentar com a pulverização catódica incluem:

• Baixa direcionalidade
• Altos custos
• Alta complexidade do sistema
• Baixas taxas de deposição para dielétricos
• Aquecimento do substrato, especialmente ao lidar com um material alvo energético

A pulverização catódica por feixe de íons também apresenta algumas desvantagens, como:

• alto estresse
• Baixa escalabilidade, o que reduz a taxa de transferência
• Baixas taxas de deposição
• Altamente complexo e caro
• Método de deposição mais lento

Vantagens da Evaporação

Quanto à evaporação, tanto a evaporação por feixe eletrônico quanto a evaporação térmica resistiva têm vantagens e desvantagens distintas.

Por exemplo, a evaporação e-beam oferece benefícios como:

• Baixos níveis de impureza
• Boa direcionalidade
• Altas taxas de deposição
• Alto rendimento
• Excelente uniformidade ao usar máscaras e planetárias
• Compatibilidade de fonte de assistência de íons

A opção pela evaporação térmica resistiva permite-lhe desfrutar de:

• Altas taxas de deposição
• Simplicidade
• Boa direcionalidade
• Acessibilidade
• Excelente uniformidade

O método também é ideal para materiais com baixo ponto de fusão, pode ser usado com não metais e metais e é adequado para aplicações que usam contatos elétricos.

Contras de evaporação

As desvantagens da evaporação térmica resistiva incluem o seguinte:

• Níveis mais altos de impureza
• Escalabilidade limitada
• Qualidade de filme de baixa densidade
• Estresse moderado do filme
• Má uniformidade sem máscaras e planetárias

Com a evaporação por feixe eletrônico, você terá que lidar com:

• Complexidade moderada do sistema
• Resistência moderada ao estresse
• Escalabilidade limitada em taxas de deposição e utilização reduzidas
• Custos moderados

Conclusão – Qual você deve usar?

Embora o sputtering produza melhor uniformidade e qualidade de filme, é mais caro e complexo. Como alternativa, embora a evaporação seja ideal para situações que exigem alto rendimento e produção em volume, ela tem escalabilidade limitada.

Ao decidir qual método usar, escolha a opção que oferece o equilíbrio certo entre rendimento, custo, qualidade do filme e produtividade. Você também deve considerar a aplicação industrial do método e suas preferências.

Você precisa de ajuda com sua decisão? Entre em contato com a Korvus Technology.

Ficaremos felizes em falar com você sobre a diferença entre pulverização catódica e evaporação e como nosso sistema HEX pode ajudar.