物理的気相成長法（PVD）は、金属、半導体、複合材料を含む様々な材料を利用して、薄く耐久性のあるコーティングを作成します。このプロセスでは、固体の前駆物質を蒸気の状態に変化させ、その後に基板上に蒸着させます。
PVDで使用される材料
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金属： PVDでは一般的に、蒸着用の主材料として金属を使用します。金属には、アルミニウム、チタン、銅など、周期表のさまざまな元素が含まれます。金属の使用は、その導電性と耐久性により普及しており、さまざまな産業用途に適しています。
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半導体： シリコンやゲルマニウムのような材料もPVD技術を使って成膜される。これらの材料は、エレクトロニクス産業、特にマイクロチップやその他の電子部品の製造において非常に重要です。
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複合材料と化合物 純粋な元素に加えて、PVDは酸化物や窒化物のような複合材料や化合物も成膜することができます。これらの材料は、高い耐摩耗性や耐腐食性などの特殊な特性のために使用されることがよくあります。例えば、窒化チタンは、その硬度と耐摩耗性により、切削工具のコーティングに頻繁に使用されます。
プロセスの詳細
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熱蒸発： この方法では、材料は真空中で気化するまで加熱される。蒸気が基材上で凝縮し、薄膜が形成される。この技法は汎用性が高く、金属と非金属の両方を含む幅広い材料に使用できる。
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電子ビーム蒸着： より制御された方法で、電子ビームを使用して原料を加熱・蒸発させる。特定の酸化物や半導体など、気化に高温を必要とする材料の蒸着に特に有効である。
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スパッタリング： もうひとつの一般的なPVD技術では、ターゲット材料に高エネルギーの粒子を衝突させ、原子を基板上に放出・堆積させる。この方法は、蒸発しにくい材料も含め、さまざまな材料の蒸着に効果的です。
用途と考察
- PVDコーティングは、高温耐性と基材からの剥離しにくさで知られ、過酷な環境での用途に最適です。
- このプロセスは、有害な化学物質を使用せず、廃棄物も最小限に抑えられるため、環境に優しいと考えられている。
- 基板に衝突するイオンのエネルギーが低いため、蒸着層の微細構造がバルク材料と異なることがあり、適切な接着と構造を確保するために基板温度を高くする必要がある（250℃～350℃）。
まとめると、PVDは、単純な金属から複雑な化合物まで、さまざまな材料をさまざまな基板に蒸着し、特定の用途向けに特性を向上させるための、汎用性が高く環境に優しい方法です。
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