物理的気相成長法（PVD）は、化学反応ではなく物理的プロセスによって基板上に薄膜を堆積させる多用途の技術である。文献によると、PVDはいくつかの方法に分類され、最も一般的なものは以下の通りである。 スパッタリング , 蒸発 および イオンプレーティング .これらの方法はさらに、マグネトロンスパッタリング、熱蒸着、電子ビーム蒸着、パルスレーザー蒸着などのサブカテゴリーに分けられる。それぞれの方法には独自のメカニズムと用途があり、PVDを半導体製造、光学、コーティングなどの産業における重要なプロセスにしています。以下に、PVDの主な種類を詳しく説明する。
主なポイントの説明
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スパッタリング
- スパッタリングは、最も広く使用されているPVD法の一つで、高エネルギーのイオンをターゲット材料に照射することにより、ターゲット材料から原子を放出させる。
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スパッタリングのサブタイプ:
- マグネトロンスパッタリング:磁場を利用してスパッタリングプロセスの効率を高めるもので、エレクトロニクスや光学の薄膜成膜によく用いられる。
- イオンビームスパッタリング:集束イオンビームで材料をスパッタリングし、膜厚と組成を精密に制御します。
- 反応性スパッタリング:酸化物や窒化物のような化合物膜を形成するために、プロセス中に反応性ガス（酸素など）を導入すること。
- ガスフロースパッタリング:スパッタされた材料を基板に運ぶために流動ガスを利用する。
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蒸発法
- 蒸発法は、材料が気化するまで加熱し、蒸気が基板上に凝縮して薄膜を形成する。
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蒸発のサブタイプ:
- 熱蒸発:金属や単純な化合物の蒸着に適している。
- 電子ビーム（E-Beam）蒸発法:集束した電子ビームで材料を加熱・蒸発させる。高融点材料や精密な成膜に最適。
- パルスレーザー蒸着 (PLD):レーザーで蒸発させる特殊な蒸発法で、指向性の高いイオン化した蒸気を発生させ、高品質な膜を形成する。
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イオンプレーティング
- イオンプレーティングは、スパッタリングと蒸発を組み合わせ、気化した材料をイオン化することで、膜の密着性と密度を高める。
- この方法は、耐摩耗性、耐食性コーティングの形成に特に有用である。
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分子線エピタキシー（MBE）
- MBEは高度に制御されたPVDの一形態で、主に半導体やナノテクノロジーの用途で、単結晶膜を層ごとに成長させるために使用されます。
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その他のPVD法
- 活性反応蒸発法 (ARE):蒸発と反応性ガスを組み合わせて化合物膜を成膜する。
- 電離クラスタービーム蒸着(ICBD):イオン化した原子クラスターを使用して、特性を改善した膜を成膜する。
- レーザー表面合金:レーザー誘起気化を利用した表面改質のための特殊なPVD法。
要約すると、PVDにはさまざまな方法があり、それぞれに明確なメカニズムと用途がある。主なカテゴリーは、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティングで、特定の産業ニーズに合わせた多数のサブカテゴリーがあります。これらの種類を理解することは、所望の膜特性を達成するために適切なPVD技術を選択するのに役立ちます。
総括表
| PVD法 | 主な特徴 | 用途 |
|---|---|---|
| スパッタリング | 高エネルギーのイオンを使ってターゲットから原子を放出する。マグネトロン、イオンビーム、反応性、ガスフロースパッタリングなどのサブタイプがある。 | エレクトロニクス、光学、高品質コーティング。 |
| 蒸着 | 熱、電子ビーム、パルスレーザー蒸着などのサブタイプがある。 | 金属、高融点材料、精密成膜。 |
| イオンプレーティング | スパッタリングと蒸着にイオン化を組み合わせ、皮膜特性を向上。 | 耐摩耗性、耐食性コーティング。 |
| 分子線エピタキシー(MBE) | 単結晶膜を1層ずつ高精度に成長させる。 | 半導体、ナノテクノロジー |
| その他のPVD法 | 特殊用途向けのARE、ICBD、レーザー表面合金を含む。 | 複合フィルム、フィルム特性の向上、表面改質。 |
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