» » Принципы метода физического осаждения из паровой фазы
18.01.2016

Процесс включает формирование частиц паровой фазы путем испарении, распыления или ионного плакирования. В процессе переноса при использовании метода физического осаждения из паровой фазы (РVD-метод) элементы газовой фазы претерпевают столкновения, ионизацию и в дальнейшем могут конденсироваться на подложке с образованием пленок, покрытий. Принципы метода приведены на рис. 16.1.
При получении нанопорошков нейтральные или ионизированные частицы паровой фазы испытывают столкновения с атомами инертного газа, происходит гомогенное зарождение кластеров в газовой фазе с образованием порошка, который в дальнейшем собирается и удаляется. Для сохранения малого размера кластеров за счет уменьшения дальнейшего наращивании атомов или молекул и коалесценции кластеров необходимо обеспечить быстрое удаление кластеров из зоны зарождения, т.е. области высокого пересыщения паровой фазы. Это достигается применением транспортирующего газа для быстрого переноса кластеров к поверхности коллектора, на которой они собираются. Применение высокоскоростной газовой струн дает значительный эффект торможения роста кластеров и производительности процесса.
Принципы метода физического осаждения из паровой фазы

Можно выделить три скорости, определяющие образование быстрозакаленных частиц в методах конденсации паровой фазы:
— скорость поступления атомов в область пересыщенной паровой фазы, где происходит зарождение кластеров;
— скорость отвода энергии «горячих» атомов через конденсирующую среду (газ);
— скорость удаления кластеров из зоны пересыщения паровой фазы.
Важными параметрами процесса являются тип газа, давление, скорость испарения. Минимальный размер частиц порошка наблюдается при низкой скорости испарения и конденсации в условиях низкого давления легкого инертного газа, такого, как гелий.
Компактирование нанофазного порошка, например ТiO2, сразу после сбора в условиях высокого вакуума осуществляется при давлении 1—2 ГПа даже при комнатной температуре. Плотность наноструктурных металлических компактов достигает 97 %, а оксидных керамик 75—85 %. Повышение температуры и давления компактирования позволяет устранить пористость без существенного роста зерна.
Принципы метода физического осаждения из паровой фазы

Рис. 16.2 демонстрирует различные механизмы формирования частиц паровой фазы, которые определяют указанную классификацию методов физического осаждения из паровой фазы. Эти методы осуществляются в условиях предварительного вакуумирования. Вакуумная среда играет важную роль в формировании потока паров (паровой струи) в процессе осаждения и роста пленок. Выделяют три важных параметра, влияющие на осаждение тонких пленок: давление, определяющее среднюю длину пробега; соотношение парциальных давлений реагирующего и распыляющего газов а рабочей среде инертного газа; соотношение скорости поступления паров, формирующих пленку, и скорости подачи реагирующего газа.