on-atom çarpışmaları ile iyonize edilebilir ve substrata hızlandırılabilirler.

d) Buhar fazından negatif yüklü küçük parçacıklara yoğunlaştırılırlar ve pozitif yüklü yüzey üzerinde toplanırlar veya sistem duvarlarında kaybolabilirler.

3.4.2) İyon Bombardımanında Katmanlama

Gaz deşarjı sırasında oluşturulan film atomları yabancı parçacık gibi davranırlar ve deşarj parametrelerinde değişiklik gösterirler. Saçtırma, gelen atomun, yüzey atomunu sökmesidir. Yüksek kütle ve enerjili parçacıklar saçtırma oranını artırırlar. Parçacıkların 60º -70º açı ile yüzeye gelmeside saçtırma oranını artıracaktır. Eğer düşük saçtırma oranına sahip bir malzeme hedef yüzeye taşınırsa, bu malzeme üzerinde koni şeklinde bir ada oluşur. Kusurların konik şekle gelmesi ile, bombardımana maruz kalan yüzey bölgesinde noktasal kusurların artan bir konsantrasyonu görülür. Bu kusurlar, düşük enerjili helyum iyonlarının bırakılması ve tuzaklama ile incelmiştir.

Eğer yapı atomuna verilen enerji 25 eV’u aşarsa, yapı atomu bir ara yapıya geçer ve nokta kusuru oluşur. Eğer enerji 25 eV’un altında ise, tüm enerji ısıya dönüşür. Isısal enerji ve yer değiştirme kombinasyonu, atom kafesinde araya girmelerin ve boşlukların difüzyonunu sağlayacaktır, dolayısıyla kayma şebekesinin oluşumu gözlenecektir.

İyon bombardımanı ile oluşan kusurlar yeteri kadar hareketsiz ise yüzey kristalografisi amorf yapıya doğru bozulur. Bir yüzeyin iyonlarla bombardıman edilmesi, hem kristallerde hem de amorf yüzeylerde saçtırma oranını değiştiren ve sertliği artıran topografik değişimlerin geniş bir çeşitliliğini gösterir. Gazların, oluşturulan filmde ya da yüzey yapısında birleşme yeteneği, mobiliteye, tuzak merkezlerine ve sıcaklığa bağlıdır. Genel olarak amorf malzemelerdeki gaz bileşimi yeteneği, kristal malzemelerden daha fazladır.

Substrat üzerine gönderilen parçacıklarının büyük bir kısmı yüzeyde ısı olarak açığa çıkar. Sisteme giren kütle sıcaklığını belirler ve enerji 25 eV’un üzerine çıkmasıyla denge konumlarından uzaklaşmaya başlarlar. İyon bombardımanı, geri tepme etkilerinden dolayı yüzey kompozisyonu değişimleri ile sonuçlanır. Yüzey bölgesinde difüzyon, oluşan kompozisyonun ve yüksek sıcaklığın varlığı difüzyonu destekler.

Daha fazla bilgi için:




Van, Teksas

Van, ABD'nin Teksas eyâletinde Van Zandt İdari Bölgesi'ne (Van Zandt County) bağlı bulunan şehirlerden biridir. 2006 nüfus sayımına göre popülasyonu 2,598 kişidir.






Elektron demeti (EBPVD)

Elektron demeti (İngilizce: "Electron Beam Physical Vapor Deposition" veya EBPVD) ile fiziksel buhar biriktirme işlemi, anottaki hedef malzemenin, çok yüksek vakum altında, tungsten bir flaman ile elektron bombardımanına tutulması ile gerçekleştirilir. Elektron demeti, hedefteki atomların yüzeyden koparak gaz fazına geçmesini sağlar. Buharlaştırılan bu atomlar, vakum çemberi içindeki her noktaya yapışarak ince bir film oluşmasını sağlarlar.

İnce film kaplamalar, yarı iletken endüstrisinde, elektronik materyaller yapımında, uçak endüstrisinde, yüzeyi korozif etkilerden korumak ve yüzey özelliklerini değiştirmek amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Katmanlama işlemi PVD ve CVD olarak ikiye ayrılabilir. CVD katmanlama işleminde çok yüksek sıcaklıklara ulaşılırken, kaplanan malzemenin özellikleri değişebilmektedir. CVD’nin başka bir dezavantajıda, film içerisinde yabancı partiküller oluşabilmekte ve kaplanan filminde özellikleri bozulabilmektedir. Ancak PVD işleminde, CVD kadar yüksek katmanlanma oranı yakalanamamaktadır. PVD işlemi ayrıca, katmanlanan film üzerinde stres oluşmasına sebep olmaktadır. Elektron demeti PVD işlemi ise yine de yüksek sayılabilecek bir katmanlama yüzdesine sahiptir. Film kalınlığı 0,1 µm ile 100 µm arasında değişebilmektedir.

EBPVD sisteminde, vakum çemberinde basınç 10-4 Torr’a kadar düşürülür. Buharlaştırılacak malzeme ingotlar halinde yerleştirilir. Genellikle 6 elektron tabancası, 100'lerde KW enerji ile çalıştırılırlar. Elektron demetleri, termiyonik emisyon, alan emisyonu veya anodik ark metotları ile üretilebilir. Üretilen elektronlar yüksek kinetik enerjilere çıkarılıp, ingot üzerine odaklandırılırlar. Kinetik enerjinin %85i ısı enerjisine dönüşür. İngot üzerinde artan sıcaklık ile sıvı hale gelen hedef malzeme, vakum sayesinde buharlaşmaya başlar. İngot, bakırdan yapılmış bir pota içerisinde sıvılaştırılmaktadır ve bakır pota su ile soğutulmaktadır.
Titanyum karbit gibi refrakter karbitler ve titanyum borit ve zirkonyum borit gibi boritler, buharlaştırıldıklarında bileşimler değişmez. Böyle malzemeler direk buharlaştırılabilirler. Bu işlemde, ingot üzerine gönderilen çok yüksek enerjili elektron demeti ile vakumlu ortamda buharlaştırma yapılmaktadır. Bazı refrakter oksitlerin ve karbitlerin, elektron demeti ile buharlaştırıldıktan sonra AlO ve AlO olarak ikiye ayrışırlar. Silikon karbit ve tungsten karbit gibi bazı refrakter karbitlerinde, sıcaklık ile bileşimlerinde değişim meydana gelir. Böyle malzemeleri katmanlamak için, reaktif buharlaştırma veya co-buharlaştırma yöntemleri kullanılabilir. Reaktif buharlaştırma işleminde, metal, ingottan elektron demeti ile buharlaştırılır. Oluşan buhar, reaktif gaz ile taşınır. Bu işlemde genellikle reaktif gaz olarak oksijen kullanılır. Sıcaklık uygun değere ulaşınca, buhar, gaz ile reaksiyon oluşturarak, substrat üzerinde film oluşturulur.

Metal karbit filmler ise co-buharlaşma (evaporation) yöntemi ile katmanlanabilir. Bu yöntemde, 2 ingot kullanılır ve biri metal, diğeri karbon içindir. Her bir ingot ayrı elektron demetleri ile ısıtılır. İngotlardaki buharlaşma yüzdesi kontrol edilebilmektedir. Buhar, substrat yüzeyine ulaştığında, termodinamik koşulların oluşması ile, kimyasal kombinasyon oluşturarak, substrat üzerinde metal karbit film elde edilir.

Substrat ultrasonik olarak temizlenir ve substrat tutucuya yerleştirilir. Substart tutucu, ingot kaynağı ile mesafeyi ayarlar. Tutucu, aynı zamanda substratı sürekli olarak döndürerek, yüzey üzerinde düzenli bir film oluşumu sağlar.

Daha fazla bilgi için:




Titanyum nitrit

Titayum nitrür (TiN) kaplamalar, yüksek sertlikleri, düşük aşınma oranları ve görünüşlerinden dolayı yıllardır, aşınma önleme ve dekoratif amaç ile yaygın olarak kullanılmaktadır. TiN yapılarında elde ediliş yöntemleri çok önemlidir. Yapıyı etkileyen kompozisyondur ve TiN geniş bir azot kompozisyonu aralığında kimyasal olarak kararlıdır. Tek fazlı δ-TiN > %35, α-TiN < %15, Ƹ Ti2N filmlerinin azot kompozisyonu %33tür. Diğer fazlar ise ( Hegzagonal Ti(N), tetragonal Ti2N ve kübik TiN) çoklu faz yapısına sahip filmlerde oluşur. Ti2N içeren TiN filmlerinin, aşınmaya çok dayanıklı oldukları tespit edilmiştir. Ancak saf Ti2N yapısı elde etmek, proses parametreleri dikkate alındığında neredeyse imkânsızdır.

TiN kaplamalarının bazı dezavantajlarıda vardır. TiN kaplamaları öncelikle sınırlı bir oksidasyon direncine sahiptirler. TiN kaplamaların 550 C civarında okside oldukları belirlenmiştir. Yeterince adhezyon sağlanabilmesi için, biriktirme sırasında altlık sıcaklığının yüksek tutulmasıda bir dezavantaj olabilir. Diğer bir olumsuz etken ise, takım uygulamalarında sürekli olarak daha iyi ve daha performanslı kaplamaların tercih edilmesidir.

PVD kaplamalarda tane yapısı kolonsaldır. Kaplama yüzeyine dik olarak, tane boyutu uzunluğunda, kaplama kalınlığı oluşur. Kaplama kalınlığı (tane boyutu) genellikle 0.1 µm civarındadır ve eşeksenli olarak görülür. CVD yöntemiyle yapılan TiN kaplamalarda ise mikroyapı, yüzeye paralel ve dik, boyutu 0.6 µm olan tanelerden oluşur. Bu tanelerde neredeyse hiç gerilme yoktur.

Diğer bir yöntem olan PMD(plazma destekli magnetron saçtırma biriktirmesi) ile elde edilen taneler ise kaplama yüzeyine dik oluşmuşlardır. Taneler yaklaşık 0.06 µm boyutundadır ve eşeksenlidir. Ancak bu yöntemde tane boyutu, kaplama kalınlığına göre oldukça küçüktür. Eğer taneler yüzeye paralel ise, Ark-PVD yöntemi ile yüksek iyonizasyon oranı ve yüksek iyon kinetik enerjisi sayesinde yüksek bağlanma yoğunluğuna ve iyi adhezyona sahip kaplamalar oluşturulur.

Katodik-Ark Biriktirme’nin dezavantajlarından biri olan, makropartikül oluşumunu engellemek için çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Basınç, akım gibi parametrelerin değiştirilmesi ve partikül tutucu filtreler eklenmesi ile problem çözülmeye çalışılmıştır. Makropartiküller, metalik titanyumdan oluşmaktadır.

İyon, elektron, nötr parçacık ve dropletlerın oluşumu, Tin film kaplamalarında önemli etkilere sahiptir. Biriktirme sırasında, dropletlar Ti katot üzerinden kopartılırlar. Katot yüzeyinde sıcaklık, titanyumun ergime sıcaklığından daha yüksektir. Dropletların boyutuna artırdıkça emitte edildikleri açı azalmaya başlar. Titanyum hedefe dik konumda, plaka altlıklarının yerleştirilmesi ile 2 µm’dan büyük dropletlar engellenebilmiştir.

Makropartiküllerin oluşumu sırasında, Ti katot yüzeyinden, droplet emitte edilmeden önce altlık TiN tabakası ile kaplanmıştır. Oluşan yüksek sıcaklık, droplet altlığa taşınması sırasında, iyonize olmuş Ti ve N ile hemen reaksiyona girer bu nedenle üzerinde ince bir titanyum nitrür tabakası oluşur. TiN 2950 C’de ergidiğinden Ti droplet çevresinde titanyum nitrürler sert bir dış katman oluşturacaklardır. Bazı çalışmalara göre, droplet 2 µm’den daha küçük yarıçapa sahip olduğu ve emitte olduğu noktadan 200 mm uzaklıkta olduğu zaman katılaşacaktır. Ancak eğer yarıçapı daha büyük ise droplet sıvı konumda hedef yüzeyine çarpar ve altlık üzerinde yassı biçimde oluşur. Araştırmalar, küçük bir Ti droplet için yüzey geriliminin kinetik enerjiden daha yüksek olduğunu belirlemiştir. Bu küçük dropletların, küresel şekilde olacağı anlamına gelir. Ancak dropletlar altlığa çarptıklarında ve eliptik ya da yassı partiküller oldukları zaman büyük dropletlar için bu küresel yapıyı sürdürecek kadar yeterli yüzey gerilimi enerjisi yoktur.

Makropartiküller TiN kaplamaya çarpıp, yüzeye oturmaları ile birlikte iyon akışını gölgelemesi nedenli olarak makropartiküllerin altında boşluklar oluşacaktır. Kısa bir süre sonra makropartikülün kaplama g