物理蒸着法（PVD）は、コーティング材料の原子、イオン、分子を基材に物理的に蒸着させる薄膜コーティングプロセスです。このプロセスは、純金属、金属合金、セラミックのコーティングに使用され、その厚さは通常1～10µmです。PVDの特徴は、真空をベースとしたアプローチと、材料を気化させて蒸着させるための物理的手法の使用であり、化学気相成長法（CVD）のような化学プロセスとは区別される。
プロセスの概要
- 材料の気化： レーザーパルス、アーク、イオン／電子砲撃など、さまざまな方法を用いて、最初は固体状の蒸着材料を気化させる。このステップにより、固体の材料が蒸気の状態に変換される。
- 蒸気の輸送： 気化された材料は次に、発生源から基板まで低圧の領域を横切って輸送される。これは通常、蒸着チャンバー内の減圧制御された雰囲気の中で行われる。
- 基板上の凝縮： 基板に到達すると、蒸気は凝縮して薄膜を形成する。このステップでは、基板表面で蒸気が物理的に固体状態に戻る。
詳細説明
- 気化法： PVDでは、いくつかの技術によって材料の気化を実現することができます。例えばスパッタリング は、イオンによる高エネルギー砲撃によってターゲット材料の原子を放出する。この方法では、さまざまな材料を高い精度と均一性で蒸着することができる。もうひとつの方法は蒸発真空中で材料を沸点まで加熱し、蒸発させて基板上に堆積させる方法である。
- 輸送と蒸着： 気化した材料の輸送は、均一なコーティングを実現するために極めて重要である。蒸着チャンバー内の低圧環境は、蒸気が発生源から基板まで一直線に移動することを保証し、経路を変える可能性のある他の粒子との衝突の可能性を最小限に抑えます。
- 凝縮と膜形成： 基板上の蒸気の凝縮は、基板温度や蒸気の性質などの要因に影響される。基板の温度は、凝縮の速度と得られる膜の構造に影響を与える。基板温度が高ければ結晶構造が強くなり、低ければアモルファス膜になる可能性がある。
用途とバリエーションPVDは、エレクトロニクス、光学、航空宇宙を含む様々な産業で、材料の特性を向上させる薄膜を成膜するために広く使用されている。このプロセスは、次のようなさまざまな材料や目的に適合させることができる。反応性蒸着
蒸気がチャンバー内のガスと反応し、窒化チタン（TiN）のような化合物材料を形成する反応性蒸着などである。このような多様性により、PVDは先端デバイスやコンポーネントの製造において重要な技術となっている。
まとめると、物理的気相成長法は、基板上に薄膜を蒸着するための多用途で精密な方法であり、制御された真空条件下で物理的プロセスを活用して高品質のコーティングを実現します。
