Deposición mediante arco catódico

La deposición mediante arco catódico o Arc-PVD es una técnica de deposición física de vapor en la cual se utiliza un arco eléctrico para vaporizar material de un cátodo. El material vaporizado luego se condensa en un sustrato, formando una película delgada. La técnica se puede utilizar para depositar films metálicos, cerámicos, y compuestos.

Historia

El uso moderno de la tecnología de deposición mediante arco catódico comenzó en la Unión Soviética hacia 1960–1970. Para finales de la década de 1970 el gobierno soviético liberó el uso de esta tecnología a países del bloque occidental. De entre los numerosos diseños que existían en la Unión Soviética por aquella época se autorizó a que el diseño de L. P. Sablev, y sus colaboradores fuera utilizado en otros países.

Proceso

El proceso de evaporación mediante arco comienza con la descarga de un arco de elevada corriente y bajo voltaje en la superficie de un cátodo (conocido como el blanco) que produce una pequeña zona emisora altamente energética (de unos pocos micrómetros de diámetro), que se denomina punto cátodo. La temperatura local en el punto cátodo es extremadamente elevada (unos 15000 °C), lo que produce un chorro de material vaporizado del cátodo de alta velocidad (10 km/s), que deja un cráter en la superficie del cátodo. El punto cátodo solo permanece activo durante un lapso de tiempo corto, luego se autoextingue y se re-inicia en una zona próxima al cráter anterior. Este comportamiento es el causante del movimiento aparente del arco.

Dado que el arco es básicamente una corriente la misma puede ser influenciada si se aplica un campo electromagnético, lo que se utiliza en la práctica para desplazar rápidamente el arco por toda la superficie del blanco, de forma tal que toda la superficie sea erosionada.

El arco posee una densidad de potencia extremadamente elevada lo que produce un alto grado de ionización (30-100%), iones con múltiples cargas, partículas neutras, racimos y macro-partículas (gotas). Si se introduce un gas reactivo durante el proceso de evaporación, se puede producir disociación, ionización y excitación durante la interacción con el flujo de iones y se puede depositar un film compuesto.

Referencias

• SVC "51st Annual Technical Conference Proceedings" (2008) Society of Vacuum Coaters, ISSN 0737-5921 (previous proceedings available on CD from SVC Publications)
• A. Anders, "Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation" (2008) Springer, New York.
• R. L. Boxman, D. M. Sanders, and P. J. Martin (editors) "Handbook of Vacuum Arc Science and Technology"(1995) Noyes Publications, Park Ridge, N.J.
• Brown, I.G., Annual Rev. Mat. Sci. 28, 243 (1998).
• Sablev et al., US Patent #3,783,231, 01 Jan. 1974
• Sablev et al., US Patent #3,793,179, 19 Feb. 1974
• D. A. Karpov, "Cathodic arc sources and macroparticle filtering", Surface and Coatings technology 96 (1997) 22-23
• S. Surinphong, "Basic Knowledge about PVD Systems and Coatings for Tools Coating" (1998), in Thai language
• A. I. Morozov, Reports of the Academy of Sciences of the USSR, 163 (1965) 1363, in Russian language
• I. I. Aksenov, V. A. Belous, V. G. Padalka, V. M. Khoroshikh, "Transport of plasma streams in a curvilinear plasma-optics system", Soviet Journal of Plasma Physics, 4 (1978) 425

•   Datos: Q900966