Historie PVD povlaků

Původ pojmu Physical Vapour Deposition, PVD
Pojem fyzikální depozice, PVD zdá se, že byl původně nazván autory CF Powell, JH Oxley a JM Blocher Jr. ve své knize 1966 "Depozice". Avšak procesy PVD překonávají mnohem dříve.

Rozvoj vakuovou technologií, elektřiny a magnetismu a plynné chemie 
Historie PVD úzce souvisí s rozvojem vakuovou technologií, objev elektřiny a magnetismu a pochopení plynných chemie.

Vakuová technika, záře prskal a vypouštění
První pístový typ vývěva byl vynalezen Otto van Guericke čerpání vody z dolů již v roce 1640. Nicméně první člověk, který dokáže sestavit záři pomocí vakuové pumpy průtok (plazma) v "elektronek" byl M. Faraday v roce 1838, který používá mosaz elektrody a vakuu přibližně 2 Torr. V roce 1852 WR Grove byl první studovat, co stal se známý jako "rozprašování", ačkoli jiní pozoroval účinek při studiu záře vypouštění. Grove používá tip drátu jako zdroj povlak a prskal vklad na vysoce leštěný stříbrný povrch drží blízko drátu při tlaku o 0,5 Torr. Poznamenal povlak na stříbrném povrchu, kdy byla provedena anoda a drát katoda elektrického obvodu. V roce 1858 Prof A.W. Wright z Yaleovy univerzity publikoval článek v American Journal of Science a umění o využívání "přístroje elektrické depozice", který použil k vytvoření zrcadla. Tato forma výpovědi může být oblouk odpařování, nikoli prská jako americký patentový úřad citoval jeho práci, když zpochybňuje T. Edison patentové přihlášky pro vakuové lakování zařízení vylučoval povlaky na jeho voskový válec fonogramů před následné pokovení. Edison úspěšně argumentoval, že jeho vynález byl průběžný oblouk, zatímco Wright je proces byl impulsní oblouk. Edison proto lze říci, že se první osobu, aby se komerční využívání prská.

Elektřina a magnetismus
V pozdních 1930 Penningova vyvinul "elektronové pasti" omezit elektrony blízko povrchu pomocí kombinace elektrických a magnetických polí. Tato kombinace elektrických a magnetických polí ke zvýšení ionizace v plazmě u povrchu a byl jmenován "Štět vypouštěním" poté, co je vynálezce. Štět používá svůj vynález zadrhávat od vnitřku válce. To byl důležitý vývoj v historii z prská a je základní magnetronu.

Nižší tlaky, nižší napětí a vyšší rychlosti depozice
Taková kombinace elektrické a magnetické pole povoleno prská mají být provedeny při nižších tlacích a nižší napětí a při vyšší rychlosti depozice, než bylo dříve možné DC prská bez magnetů. Následně byly vyvinuty variace Penningova magnetron, zejména post katody magnetronu vynalezl Penfold a Thornton v roce 1970 a Mattox, Cuthrell, Peeples a Dreike v pozdní 1980.

RF naprašování
Využívání rádiových frekvencí, RF zadrhávat materiál byl zkoumán v 60. Davidse a Maiseel používá RF prská k výrobě dielektrických filmů z dielektrické cíl v roce 1966. V roce 1968 Hohenstein co prskal skla pomocí RF a kovy (Al, Cu, Ni) s DC, k formě cermetové rezistor filmů. RF naprašování není široce používán pro komerční PVD z několika důvodů. Hlavními důvody jsou že to není ekonomické velké RF napájecí zdroje kvůli jejich vysoké náklady a skutečnost, zavést vysoké teploty, díky vysoké vlastní zaujatost napětí spojené s RF energie, do izolačních materiálů.

Trioda prskal a zaujatosti naprašování
V roce 1962 Wehner patentovaný proces záměrného souběžných bombardování "před a během" zadrhávat depozice pomocí "zaujatosti zadrhávat depozice" uspořádání a rtuťnatých iontů ke zlepšení epitaxního růstu křemíku filmů na germanium substrátech. Tento proces se později stala známá jako zaujatost prská. Trioda prská konfigurace používá pomocné plazmy poblíž prská katoda generovaných thermoelectron vyzařují elektrody a magneticky uzavřeného plazmy. Tato konfigurace byla použita ke zvýšení úrovně ionizace v plazmě ale zastarala s rozvojem Magnetronové naprašování.

"Uzavřené smyčky" Magnetrony
Působení magnetických polí na drahách elektronů přicházelo ještě před prací si Penningova a pokračovala i po studiích Penningova publikoval svou práci. Rané Penningova vypouštění používá magnetické pole, které byly rovnoběžně s povrchem prská cíl. Magnetron zdroje, využívající magnetické pole, které se objeví a znovu povrch ve tvaru "uzavřené smyčky" slouží k omezit elektrony blízko povrchu ve tvaru uzavřené (dále jen "závodní dráhy"). Tyto uzavřené elektrony generovat vysoká hustota plazmy blízko povrchu a byly použity při vývoji "povrchu magnetronového" prská konfigurací 1960 a 1970.

"S-gun" a rovinné Magnetrony
V roce 1968 Clarke vyvinul zdroj naprašovacího pomocí magnetický tunel na vnitřní válcové plochy. Tento zdroj ve známost jako "prskat zbraň" nebo "S-gun". Různé konfigurace magnetronu, včetně rovinné magnetronů, byly patentovány v Corbani. Chapin také vyvinul planární magnetronového zdroj v roce 1974 a je označován za vynálezce planární magnetronového naprašování zdroj. Hlavní výhody těchto magnetronového naprašování zdrojů bylo, že by mohly poskytnout dlouhověké, vysoce frekvence, velký prostor, nízkoteplotní vapourization zdroj, který byl schopen pracovat při nižším tlaku plynu a nabídl prská dražší než magnetické prská zdroje. Tyto vynikající vlastnosti magnetronového naprašování se stal nejvíce rozšířeným PVD povlak technika.

Reaktivního naprašování
Termín reaktivního naprašování byl zaveden Veszi v roce 1953. Reaktivního naprašování nitridu tantalu pro tenkovrstvých byl brzy aplikaci. Nicméně až v polovině 1970, reaktivně prskat tvrdé povlaky na nástroje začal rozvíjet a se staly komerčně dostupné v roce 1980.

Nevyvážený magnetronu a uspořádání magnetronového "pole Uzavřeno"
Jednou z nevýhod těchto prvních magnetronového zdrojů byl, že plazmy byl účinně pasti blízko povrchu cíle, prská. To znamenalo, že reaktivní plyny nelze oddělit účinně poblíž substrátu a bombardování ionty substrátu byla nízká za následek špatnou kvalitu filmů. Problém byl částečně vyřešen přidáním pomocné ionizační zdroje nebo pomocí RF. Vynález nevyvážený magnetronového Windows a Savvides v roce 1986 nabídl lepší řešení. Magnetron nevyvážené umožňuje některé elektrony uniknout z svazující E x B pole a vytvoření plazmy v oblastech mimo cílový povrch. Při útěku, které magnetické pole propojeno s jinými nevyvážený magnetronového zdrojů (na sever až k jižní pól), oblast generace plazmy může výrazně zvýšit.

Úprava struktury a morfologie
S vynálezem Řádkovací elektronový mikroskop, SEM v roce 1965 růst morfologie uložených povlak oprávněné hospodářské subjekty. V roce 1977 Thornton publikoval "model struktury zóny" (SZM) Vzorovaný po Movchin a Demichin diagram pro odpařené nátěry. Tento diagram je znám jako "Thornton Diagram" a ukazuje vztah mezi morfologie povlaku, depozice teploty a tlaku v komoře, praskající. Samozřejmě prská tlak určuje tok a energii odraženého vysokých energií neutrální od bublajícího katoda, takže diagramu odráží míru, ukládání materiálu je bombardována energetické částice během depozice. V roce 1984 Messier, Karolína a Roy dále zdokonalen modelu struktury zóny.