A pulverização catódica por corrente contínua é um método económico e eficiente para a aplicação de revestimentos metálicos. No entanto, apresenta várias limitações, especialmente quando se trata de materiais não condutores e de questões relacionadas com a utilização do alvo e a estabilidade do plasma.
7 Desafios Principais Explicados
1. Limitações com materiais não-condutores
A pulverização catódica DC tem dificuldades com materiais não condutores ou dieléctricos. Estes materiais podem acumular carga ao longo do tempo. Esta acumulação de carga pode causar problemas de qualidade, como a formação de arcos ou o envenenamento do material alvo. A formação de arcos pode interromper o processo de pulverização catódica e até danificar a fonte de alimentação. O envenenamento do alvo pode levar à paragem da pulverização catódica. Este problema surge porque a pulverização catódica em corrente contínua depende de uma corrente contínua, que não pode passar através de materiais não condutores sem causar acumulação de carga.
2. Utilização do alvo
Na pulverização catódica por magnetrões, a utilização de um campo magnético em anel para prender os electrões resulta numa elevada densidade de plasma em regiões específicas. Isto leva a um padrão de erosão não uniforme no alvo. Este padrão forma um sulco em forma de anel. Se este penetrar no alvo, todo o alvo se torna inutilizável. Consequentemente, a taxa de utilização do alvo é frequentemente inferior a 40%, o que indica um desperdício significativo de material.
3. Instabilidade do plasma e limitações de temperatura
A pulverização catódica por magnetrão também sofre de instabilidade do plasma. Isto pode afetar a consistência e a qualidade das películas depositadas. Além disso, é difícil conseguir uma pulverização catódica de alta velocidade a baixas temperaturas para materiais magnéticos fortes. Muitas vezes, o fluxo magnético não pode passar através do alvo, impedindo a adição de um campo magnético de reforço externo perto da superfície do alvo.
4. Taxa de deposição para dieléctricos
A pulverização catódica DC apresenta uma taxa de deposição fraca para dieléctricos. A taxa varia tipicamente entre 1-10 Å/s. Esta taxa lenta pode ser uma desvantagem significativa quando se trata de materiais que requerem uma taxa de deposição elevada.
5. Custo e complexidade do sistema
A tecnologia envolvida na pulverização catódica em corrente contínua pode ser dispendiosa e complexa. Isto pode não ser viável para todas as aplicações ou indústrias. O material alvo energético pode também provocar o aquecimento do substrato, o que pode ser indesejável em determinadas aplicações.
6. Soluções alternativas
Para ultrapassar as limitações da pulverização catódica de corrente contínua com materiais não condutores, é frequentemente utilizada a pulverização catódica de magnetrões por radiofrequência (RF). A pulverização catódica por radiofrequência utiliza uma corrente alternada, que pode tratar materiais condutores e não condutores sem o problema da acumulação de cargas. Este método permite a pulverização catódica de materiais pouco condutores e isoladores de forma eficiente.
7. Resumo
Embora a pulverização catódica em corrente contínua seja uma técnica valiosa para a deposição de revestimentos metálicos, as suas limitações com materiais não condutores, utilização do alvo, estabilidade do plasma e taxas de deposição de dieléctricos tornam-na menos adequada para determinadas aplicações. Métodos alternativos como a pulverização catódica por radiofrequência oferecem soluções para algumas destas limitações.
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