PVD (Physical Vapor Deposition)

PVT gilt als einer der Pioniere der Hartstoffbeschichtung mittels PVD-Verfahren, insbesondere unter Einsatz der großflächigen Lichtbogenverdampfung.

Der Verfahrensablauf gestaltet sich so, dass die zuvor wässrig gereinigten Teile in die Vakuumkammer eingebracht werden. Sodann läuft der vollautomatisierte Beschichtungsprozess mit folgenden Schritten ab:

  • Evakuierung der Vakuumkammer
  • Aufheizen der zu beschichtenden Teile auf Beschichtungstemperatur
  • Sputterätzen, auch Ionen-Ätzen oder Sputtercleaning genannt.
  • Metallionen-Ätzen
  • Beschichtung
  • Abkühlen

Nach dem Belüften der Vakuumkammer können die beschichteten Teile der Kammer entnommen werden. Die Beschichtung selbst erfolgt dadurch, dass das Beschichtungsmaterial mittels Lichtbogenverdampfung oder Magnetronzerstäuben in die Dampfphase überführt oder direkt als Gas in die Vakuumkammer eingebracht wird.


Lichtbogenver­dampfung (Arc-Verdampfung)

Bei der Lichtbogenverdampfung bewegt sich ein von einem Magnetfeld geführter Lichtbogen gezielt über das Beschichtungsmaterial (z.B. Ti, AlTi, AlCr, TiSi, usw.) und verdampft dieses, wobei eine nahezu hundertprozentige Ionisierung der Dampfteilchen erfolgt. Diese verbinden sich mit den in die Vakuumkammer eingeführten Reaktivgasen, z.B. Ti + N (Stickstoff) > TiN (Titannitrid). Infolge der hohen Teilchenenergien und der hohen Streufähigkeit erfolgt eine äußerst haftfeste und gleichmäßige Beschichtung auch komplexgeometrischer Substrate (Bauteile und Werkzeuge) mit Unterstützung von einfacher-, zweifacher- und dreifacher Rotation selbiger.

Je nach Anwendung setzten wir verschiedene Prozesse ein, d.h. die Verdampfung kann im

  • konstanten DC-Betrieb oder
  • gepulsten Betrieb

bei unterschiedlich hohen Verdampferleistungen umgesetzt werden, wobei die Substrate sowohl mit

  • konstantem DC-Bias (elektrische Vorspannung) als auch mit
  • gepulstem DC-Bias

versorgt werden.

Ziel der Prozessführung ist es immer den Lichtbogen gleichmäßig verteilt über das Target zu bewegen um die Anzahl und Größe der Mikrodroplets zu kontrollieren und zu minimieren und gleichzeitig die Targetausnutzung zu maximieren.

Hierfür haben wir die PDA (Plasma Diffused Arc)- und HiParc (High Power Pulsed Arc)-Verfahren entwickelt, bei welchen zum einen der Lichtbogen sehr stark aufgespalten wird und zum anderen mit einem gepulsten Hochleistungslichtbogen gearbeitet wird. Das Verfahren ist in untenstehender Prinzipskizze dargestellt.

l pvt lichtbogen verdampfen


Magnetronzerstäubung (Magnetronsputtern)

Beim Magnetronzerstäuben (kurz: Sputtering) erfolgt die Überführung des Beschichtungsmaterials in die Dampfphase indem durch eine Argon-Glimmentladung (Argon-Plasma) vor dem Target (Beschichtungsmaterial) durch dessen Beschuss mit ionisierten Argon-Ionen Materialteilchen herausgelöst werden, dies teilweise selbst ionisiert werden und auf dem elektrisch negativ vorgespannten Substrat anlagern als auch Verbindungen mit dem Reaktivgas, z.B. Stickstoff, eingehen. Aufgrund des niedrigen Energiezustands und der geringen Streufähigkeit des Verfahrens ist der Abstand zwischen der Magnetronsputterquelle und dem Substrat sehr gering. Je nach Verfahren kann beim Magnetronzerstäuben eine Mikrodropletbildung vermieden werden. Das Verfahren ist in untenstehender Prinzipskizze dargestellt.

l pvt magnetron sputtern