物理的気相成長（PVD）技術は大きく2つに分類される： スパッタリング および サーマルプロセス スパッタリングにはマグネトロンスパッタリングやイオンビームスパッタリングなどの技術が含まれる。スパッタリングにはマグネトロンスパッタリングやイオンビームスパッタリングなどの技術が含まれ、熱プロセスには真空蒸着、電子ビーム蒸着、パルスレーザー蒸着、分子線エピタキシー、イオンプレーティング、活性化反応性蒸着、イオン化クラスタービーム蒸着などが含まれる。これらの方法は、高温耐性や耐食性などの特性を持つ薄膜を作成するために、産業界で広く使用されている。どの手法を選択するかは、希望する薄膜特性、基板材料、およびアプリケーションの要件に依存する。
キーポイントの説明
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スパッタリング技術:
- マグネトロンスパッタリング:これは広く使われているスパッタリング技術で、磁場を印加してターゲット材料近傍のガス（通常はアルゴン）のイオン化を促進する。イオンはターゲットに衝突して原子を放出し、基板上に堆積させる。成膜速度が速く、均一なコーティングができることで知られている。
- イオンビームスパッタリング:この方法では、イオンビームをターゲット材料に照射し、原子をスパッタリングさせて基板上に蒸着させる。蒸着プロセスを精密に制御でき、高品質の光学コーティングによく使用される。
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熱プロセス:
- 真空蒸発:これは最も単純なPVD技術の一つで、ターゲット材料を真空中で蒸発するまで加熱する。その後、蒸気が基板上で凝縮して薄膜を形成する。金属や単純化合物の蒸着によく用いられる。
- 電子ビーム蒸着法:この方法では、電子ビームを使ってターゲット材料を加熱し、蒸発させる。この技術は高融点材料に適しており、蒸着プロセスを正確に制御することができる。
- パルスレーザー蒸着 (PLD):高出力レーザーパルスでターゲット材料をアブレーションし、プラズマプルームを発生させて基板上に堆積させる。PLDは、酸化物や超伝導体などの複雑な材料を高精度で成膜できることで知られている。
- 分子線エピタキシー（MBE）:これは、超高真空環境下で原子ビームまたは分子ビームを基板に照射する高度に制御された技術である。MBEは、高品質の結晶膜を成長させるために使用され、多くの場合、半導体用途に使用される。
- イオンプレーティング:蒸着と基材へのイオン照射を組み合わせたハイブリッド技術。これにより膜の密着性と密度が向上し、耐久性の高いコーティングを必要とする用途に適している。
- 活性反応蒸発（ARE）:このプロセスでは、蒸発中に反応性ガスを導入し、窒化物や酸化物などの化合物膜を基板上に直接形成する。
- 電離クラスタービーム蒸着（ICBD）:この技術では、原子や分子のクラスターを形成し、それをイオン化して基板上に堆積させる。低応力や高密度など、ユニークな特性を持つ薄膜の作成に用いられる。
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ハイブリッド技術:
- カソードアーク蒸発:この方法は、電気アークを使って陰極ターゲットから材料を蒸発させる。気化した材料は基板上に蒸着される。窒化チタン（TiN）のような硬質コーティングによく使用される。
- ハイブリッドスパッタリング・エバポレーション:高度なPVDシステムの中には、スパッタリングと蒸着技術を組み合わせることで、高い成膜速度や膜組成の精密な制御など、両方の方法の利点を活用するものもある。
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応用と考察:
- PVD技術の選択は、成膜する材料、所望の膜特性（膜厚、密着性、均一性など）、特定の用途（エレクトロニクス、光学、耐摩耗性コーティングなど）などの要因によって決まる。
- PVD技術は、化学反応を起こさずに高純度、高密度、密着性の膜を製造できるため、幅広い産業用途に適している。
これらの分類とそれぞれの利点を理解することで、装置や消耗品の購入者は、特定のニーズに合わせてPVD技術を選択する際に、十分な情報に基づいた決定を下すことができる。
要約表
| カテゴリー | テクニック | 主な特徴 |
|---|---|---|
| スパッタリング | マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング | 高い成膜速度、精密な制御、均一なコーティング |
| 熱プロセス | 真空蒸着、電子ビーム蒸着、PLD、MBE、イオンプレーティング、ARE、ICBD | 高純度膜、複合材料蒸着、耐久性コーティング |
| ハイブリッド技術 | カソードアーク蒸着, ハイブリッドスパッタリング・エバポレーション | スパッタリングと蒸発の利点を組み合わせ、高い成膜速度を実現 |
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