pışmalara sebep olur. Manyetik alanda saçtırma işlemleri önceleri çok başarılı olamasada, zaman içerisinde geliştirilmiş ve günümüzde en çok kullanılan sıçratma sistemi haline gelmiştir.

Manyetik alan yönteminde, hedef malzemesi su soğutmalı mıknatıs veya elektromıknatıslardan oluşmuş tutucunun üzerine yerleştirilmiştir. Hedefin merkez ekseni, mıknatısın bir kutbunu oluşturur. İkinci kutbu ise, hedefin kenarlarına yerleştirilen mıknatıslar tarafından halka şeklinde oluşturulur. Mıknatısların bu şekilde düzenlenmesi, elektrik ve manyetik alanların hedef üzerinde birbirine dik olmasını sağlar. Manyetik alanlar dairesel ve dikdörtgen şeklinde düzenlenebilir.

İki tip manyetik alan vardır. Birincisi, Konvansiyonel manyetik alanda sıçratmadır. Bu teknikte, hedef metalin önünden itibaren yaklaşık 60 mmlik çok yoğun bir plazma bölgesi vardır. Yoğun plazma bölgesi içine yerleştirilen altmetaller, film büyümesi sırasında yeterli miktarda iyon bombardımanına uğradıklarından filmin fiziksel ve kimyasal özelliklerini istenildiği gibi değiştirebilir. Film özelliğindeki değişimler, yüzeye çarpan iyon enerjisi, birikme hızı ve alt metalde ölçülen iyon alan yoğunluğu ile kolayca kontrol edilebilir. Bu yönetemde, eğer alt metal plazma bölgesi dışına itilirse, burada plazma yoğunluğu düşük olacağından, iyon bombardımanı oranı düşük olacaktır. İyon bombardımanı oranın az olması, filmin özelliklerini ve mikroyapısını olumsuz yönde etkiler. Bu nedenle konvansiyonel manyetik alanda saçtırma yönteminde, büyük ve karmaşık parçalar üzerine, kaliteli ve çok yoğun kaplamalar yapmak çok zordur. Ancak bu yöntemin bir avantajıda, altmetal fazla ısınmadığından, plastik gibi ısıya dayanıksız malzemeler üzerinde kaplama yapılabilmesidir.

Konvansiyonel manyetik alanda sıçratma yönteminde, film birikmesi sırasında iyon bombardımanını artırmak için altmetale negatif potansiyel uygulanır. Ancak iyon bombardımanını daha fazla artırmak amacıyla negatif potansiyelin fazla seçilmesi, hem tane içi hataların oluşumuna, hem de film içindeki gerilmeyi artıracağından, özellikle sert kaplamaların birikmesi sırasında istenmeyen etkiler ortaya çıkabilir. Altmetale iyi yapışmayan kötü kalitede kaplamalara neden olur. Kaplama kalitesini artırmak amacıyla yeni sıçratma sistemleri geliştirilmiştir.

Sıçratma sistemlerinde plazma iyonizasyonunu artırmak için iki yöntem geliştirilmiştir. Bunlar, ilave gaz iyonizasyonu ve plazma kapanmasıdır. İlave gaz iyonizasyonu, sıcak katot elektron emisyon kaynağı ile mümkün olmuştur. Plazma kapanması ise, dengesiz manyetik alanlar ile mümkün olmuştur.

Windows ve Sawdes, 1986 yılında konvansiyonel manyetik alan sistemlerindeki mıknatısların manyetik alan konfigurasyonunu değiştirerek, dengesiz manyetik alanlar yöntemini geliştirmişlerdir. Dengesiz manyetik alan yönteminde, manyetik alanın dış mıknatısları, merkezdeki mıknatısa göre daha kuvvetli seçerek, plazmanın manyetik alan çizgilerini takip etmesi ve alt metale kadar yayılması sağlanabilir.

Manyetik alanın dengesini bu şekilde bozarak, plazmanın hedef ve altmetal arasında, manyetik alan yardımıyla kapanması sağlanır. Böyle bir konfigürasyon, saçtırma sırasında üretilen ikincil elektronlardan çoğunun, manyetik alan çizgileri boyunca hedef metalden alt metale doğru gitmesini sağlar. Pozitif iyonlarda elektrostatik çekimle elektronları takip edeceğinden altmetale yakınında iyonizasyon gelişir ve alt metal yüzeyindeki iyon bombardımanı artar.

Günümüzde en çok kullanılan tekniktir. PVD yöntemindeki gelişmeler, diğer kaplama yöntemleri ile yapılamayan veya istenen kalitede olmayan ince film kaplamalarının yapılabilmesini sağlamıştır. Dengesiz manyetik alanda sıçratma gibi teknikler, iletken, yalıtkan ve süper kafes kaplamalar yapılabilmesini sağlamıştır ve çok iyi sonuçlar elde edilmiştir.

Daha fazla bilgi için:




Çütre

Çütre, ispinozgiller (Fringillidae) familyasının "Carpodacus" cinsinden ötücü kuş türlerinin ortak adı.




Katodik-ark biriktirme

Katodik-ark biriktirme. Bu yöntemde buharlaştırılacak malzeme (katot) ve vakum çemberinin duvarları arasında düşük voltaj (20-300 V)- yüksek akım (100 A-200 A) özelliğine sahip potansiyel uygulanır. Başlangıçta, tetikleme ile kısa devre yapılarak, anot ile katot arasında akım geçişi oluşturulur. Katot yüzeyindeki çok küçük alanlarda sıcaklığı 2500 °C civarında olan ark izi oluşturulur. Bununla beraber, katotun önünde oluşturulan yüksek elektron akışı ile buharlaşan atomların iyonizasyonu sağlanmaktadır. Buharlaştırma işlemi sırasında, kaplama malzemesinin (katot) iyi soğutulmadığı durumlarda, film kalitesini bozan ve droplet adı verilen büyük sıvı kütlelerinin yüzeyden kopması söz konusudur.

Katodik ark yöntemi ile, metalik, seramik veya kompozit filmler oluşturulabilir. Katodik arkla oluşturulan, ark izinin boyutu birkaç mikrometre boyutlarındadır. Bu bölgedeki sıcaklık 15000 C gibi aşırı yüksek değerlere ulaşabilir. Katot üzerinden inanılmaz bir hızla, buharlaştırma yapılabilir(10 km/s) ve ark izinin bulunduğu yerde daha sonra bir krater meydana gelir.

Arkı, yüzey üzerinde hareket ettirmek için, elektromanyetik alandan yararlanılır. Eğer ark buharlaştırma prosesi sırasında katot spotu, buharlaştırma noktasında çok uzun süre kalırsa, makropartiküllerin veya dropletların oluşmasına sebep olunur. Böyle bir durumda, kaplamanın istenilen özellikleri kaybolur. Eğer silindirik katot kullanılırsa, işlem sırasında katodunda pozisyonu değiştirilebilir.

Katodik ark yönteminin ilk endüstriyel uygulaması, 1960'lı yıllarda Sovyetlerde gerçekleştirilmiştir. L.P. Sabrev'in yaptığı birçok tasarım ancak 1980'lerden sonra batı dünyasına taşınabilmiştir. Sovyetler örneğin, ark buhar biriktirme yöntemi ile TiN kaplama yaparak altın görünümü elde edebilmeyi başarmıştır.

Katodik ark yöntemi, kesici takımların üstüne aşırı sert film kaplamalar yapılmasında, günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. Karbon kaplayıcı olarak kullanılırsa yüzeyde elmasvari karbon filmler oluşturulabilir. Bu teknoloji ile TiN, TiAlN, CrN, ZrN ve TiAlSiN gibi nanokompozit kaplamalar yapılabilmektedir.

Katodik ark yöntemi ile yapılan kaplamaların yüzeylerinde, droplet oluşumunu azaltmak için katotların arkasına kuvvetli mıknatıslar yerleştirilmektedir. Katotların arkalarına yerleştirilen mıknatısların, dropletların azalmasına olan etkisi şu şekilde açıklanabilir. Mıknatısların oluşturduğu manyetik alan, iyon gibi yüklü partiküllerin üzerinde etkili olurken, yüksüz makropartiküller üzerinde etkisi yoktur. Bu farklılık ile manyetik alan sistemde iyonlar ile makropartiküller arasında filtre görevi görür. Manyetik alanın iyonlar üzerindeki etkisi, iyonların hızını artırır ve bununla orantılı olarak film biriktirme hızlarıda artarak, kaplama süresi kısalır. Sonuç olarak kısalan kaplama süresi ile film yüzeyine düşen makropartikül sayısıda azalacaktır. Sistem içindeki makropartiküller, nötral bir buhar kaynağı olarak da tanımlanabilir. Plazma içerisinde bulunan makropartiküllerden, bu partiküllere çarpan elektronlar vasıtasıylada buharlaşma meydana gelebilmektedir. Oluşturulan manyetik alan, plazma içerisindeki elektron yoğunluğunu artırarak makropartiküllerin buharlaşmasını artırmaktadır.

Daha fazla bilgi için:




İyon kaplama

İyon kaplama, vakum kaplama işlemlerinin bir versiyonudur. İyon kaplama, substrat yüzeyinin periyodik bombardımanı ile, atomik boyuttaki partiküllerin yüzeyde biriktirilmesi ile gerçekleştirilir. Vakum iyon kaplama, reaktif iyon kaplama, kimyasal iyon kaplama gibi çeşitli teknikleri bulunur.
İyon kaplama, saçtırma işlemindeki gibi, soy gaz deşarj sistemleri ile kullanılabilir. Bu yöntemde substrat yüzeyinin şekillenmesi için substrat öncelikle "inert" gaz bombardımanına maruz bırakılır. Film katmanlama işlemi, iyon bombardımanına ara verilmeksizin devam eder. Filmin oluşturulması için, katmanlama oranının, saçtırma oranından fazla olması şartı vardır. İyon kaplama, genellikle yüzey ile film arasında yüksek bir adezyon kuvveti istenilen durumlarda uygulanır. 
İyon kaplama işleminin, adezyon bakımından avantajları şu şekilde açıklanabilir.

Büyüyen filmin iyon bombardımanı, biriktirilen filmin morfolojisinde, iç gerilimde ya da diğer fiziksel ve elektriksel özelliklerde değişikliklere sebep olabilir.





İyon tabancası

Manyetik olarak desteklenmiş düşük voltajlı deşarj sistemi ile 250 eV-2000 eV arasındaki enerjilerde iyon koparılmasını sağlayarak vakum çemberi içinde hareket etmesini sağlar. Koparılmanın ardından iyonlar, vakum sisteminde, çok delikli, eleğe benzer bir ekran üzerinden substrat üzerinde etkili olurlar. Ticari olarak kullanılan iyon tabancası sistemleri, 2000 eV enerjide 1 mA/cm2 akım yoğunluğunda ve 10 inch çapında argon iyon demeti sağlayacak kapasitede sistemlerdir. İyon tabancası sisteminin en büyük avantajı, katmanlama parametrelerinden bağımsız olarak iyon bombardımanı parametrelerinin kontrol edilebilmesidir. Diğer bir iyon bombardımanı tekniği olan gaz deşarjlı saçtırma işlemleri için bu bir dezavantajdır.

Daha fazla bilgi için:




Gaz deşarjı

Çok düşük basınçlarda gaz içeren vakum çemberinde, iki elektrot arasına dc voltajı uygulanırsa, aralarında küçük voltajda bir akım geçer ve çember üzerinde düzgün bir potansiyel oluşur. Voltaj arttıkça ışıldama deşarjı oluşur. Katot akım yoğunluğu, katot üzerinde sabit kalır ve katot bölgesi, saçılan malzemenin uyarılma spektrumundan dolayı katot malzemesinin karakteristiğini gösteren renkte hafif bir ışıldamaya sahip olur. Bu renk yüzeyin saçılarak temizlenmesiyle ortaya çıkan değişim ile gözlenebilir. Daha yüksek basınçlarda, katot bölgesinin tüm katodu kapattığı görülür. Bu normal bir ışıldama bölgesidir ve iyon kaplama, saçtırmanın yapıldığı bölgedir. 1000 dc voltajda kendi kendine devam eden dc diyot gaz deşarjını elde etmek için 10 µm Argon basıncı gerekir.

İyon kaplamada, film atomları direnç şeklinde ısıtılan filamandan oluşan deşarja enjekte edilir.

Film atomları burada;

a) Filamandan geri saçtırılabilir

b) Nötral olarak substrat üzerine katmanlanabilir

c) Elektr