plik

KOLOS PPCNWP

Pojęcia

Warstwa wierzchnia – warstwa materiału ograniczona rzeczywista powierzchnią przedmiotu,
obejmująca tę powierzchnię oraz część materiału wgłąb od powierzchni rzeczywistej, która wykazuje
zmienione cechy fizyczne i niekiedy chemiczne w stosunku do cech tego materiału w głębi
przedmiotu.

Powłoka – warstwa materiału wytworzona w sposób naturalny lub sztuczny albo nałożona sztucznie
na powierzchnię przedmiotu z innego materiału, w celu uzyskania określonych właściwości
technicznych lub dekoracyjnych.

Najważniejsze własności eksploatacyjne warstwy powierzchniowej:



Wytrzymałościowe

Wytrzymałość zmęczeniowa



Trybologiczne

Współczynnik tarcia

o Zużycie trybologiczne
o

Odporność na zatarcie



Antykorozyjne

Zużycie korozyjne

Oddziaływanie na inne własności eksploatacyjne



Dekoracyjne

o Barwa
o

Połysk

Odporność na starzenie.

Adhezja – jest zjawiskiem trwałego i silnego łączenia się warstw powierzchniowych dwóch różnych
(stałych lub ciekłych) ciał (faz) doprowadzonych do zetknięcia. Przyczyną adhezji (przylegania) jest
występowanie sił przyciągania (np. sił van der Waals’a, wiązań jonowych i metalicznych) pomiędzy
cząsteczkami stykających się ciał. Wielkość adhezji określa się wartością siły (lub pracy) potrzebnej
do rozłączenia przywierających ciał, przypadającą na jednostkę powierzchni kontaktu.

Absorbcja  -  jest  procesem  fizykochemicznym  przenikania  masy,  polegającym  na  pochłanianiu
składnika,  zwykle  mieszaniny  gazu,  zwanego  absorbatem,  przez  ciecz  lub  ciało  stałe  (zwanych
absorbentem)  i  równomiernym  rozpuszczeniu  go  w  całej  masie  absorbentu.  Jest  to  proces
objętościowy, tzn. cała objętość absorbentu pochłania równomiernie absorbat. Zjawisku pochłaniania
objętościowego często towarzyszy dyfuzja absorbatu. W inżynierii powierzchni wykorzystywana jest
absorpcja  gazów  przez  metale  i  ich  stopy,  głównie  w  celu  nasycenia  warstwy  wierzchniej
dyfundującym pierwiastkiem.

Adsorpcja  –  jest  procesem  przyciągania  substancji  (gazów,  par,  ciał  stałych  rozpuszczonych  w
roztworze,  jonów  i  cieczy)  i  gromadzenia  się  jej  na  powierzchni  ciał  stałych  i  cieczy  (na  granicy
dwóch faz, np. stałej i gazowej, stałej i ciekłej, ciekłej i gazowej). Adsorpcja przejawia się w zmianach
stężeń  substancji  w  warstwie  granicznej  między  dwiema  sąsiednimi  fazami  i  zależy  zarówno  od
właściwości  ciała  adsorbującego  (adsorbentu),  jak  i  adsorbowanego  (adsorbatu).  Większą  adsorpcją
oznaczają się ciała o rozwiniętej powierzchni (np. ciała porowate, chropowate) niż ciała o powierzchni
nie rozwiniętej.

Próżnia to stan gazu, którego koncentracja bądź ciśnienie są niższe od ciśnienia lub koncentracji
powietrza atmosferycznego tuż przy powierzchni ziemi.

Niskie ciśnienie  wysoka próżnia

Wysokie ciśnienie  niska próżnia

Systematyka próżni:



Niska



Średnia



Wysoka (HV)



Bardzo wysoka (UHV)



Ekstremalnie wysoka (XHV)

CVD

Metoda CVD polega na tworzeniu warstw węglików i azotków metali, np. chromu, wanadu, tytanu,
tantalu  lub  cyrkonu,  ze  składników  atmosfery  gazowej  na  powierzchni  obrabianego  przedmiotu  w
wyniku  reakcji  chemicznej.  Wytwarzanie  warstw  metodą  SVD  następuje  w  szczelnym  reaktorze,  w
wyniku  niejednorodnych  katalizowanych  chemicznie  i  fizycznie  reakcji  na  powierzchni  stali  w
temperaturze ok. 1000

C i przy ciśnieniu 1*10

÷ 1,35*10

Pa. Proces prowadzony jest w atmosferach

gazowych zawierających zwykle pary związków chemicznych metalu stanowiącego podstawowy
składnik wytworzonej warstwy (węglikowej, azotkowej, borkowej, tlenkowej) w temperaturze 900-
1000

Najczęściej atmosfery złożone są z lotnego halogenku pierwiastka dyfundującego oraz węglowodoru,
azotu, wodoru lub gazu obojętnego, np. argonu. W wyniku reakcji chemicznej zachodzącej na
powierzchni metalu wydzielają się atomy (np. boru, chromu, tytanu, tantalu lub aluminium), ze
związku (np. BCl3, CrCl2, TiCl4, Al2Cl3). Drugi składnik warstwy pochodzi z podłoża (np. węgiel w
przypadku warstw węglikowych) lub z atmosfery (np. azot czy tlen w przypadku warstw azotkowych
lub tlenkowych).

Klasyfikacja reakcji procesów CVD



Pierwsza kategoria relacji chemicznych występujących w procesach CVD to reakcje rozkładu

termicznego (piroliza)



Druga kategoria to reakcje redukcji w których związek gazowy jest redukowany przez
reduktor (np. wodór).



Trzecia kategoria to reakcja wymiany gdzie w cząstce (molekule) AX, X jest zastępowany

przez pierwiastek B (powstaje AB).



Do czwartej grupy relacji należy reakcja dysproporcjonowania.

Zwykle podczas procesu CVD zachodzi kilka typów reakcji jednocześnie.

Poprzez  zmianę  parametrów  procesu  (temperatura,  stężenie,  ciśnienie,  moc  generatora  plazmy)
możliwe  jest  osadzanie  warstw  gradientowych  o  zmiennym  składzie  chemicznym  lub  strukturze  w
warunkach  „in  situ”.  Metoda  CVD jest bardziej  ekonomiczna,  w  odróżnieniu  od  innych  metod  (np.
PVD).  W  stosunkowo  krótkim  czasie  można  otrzymać  warstwy  o  grubości  dochodzącej  do  kilku
centymetrów.

Jej szczególnym walorem jest możliwość uzyskiwania warstw jednorodnych co do grubości, składu i
struktury na powierzchniach o złożonej geometrii. Warstwy są dobrze przyczepne do podłoża dzięki
chemicznej naturze wiązań na granicy rozdziału warstwa-podłoże. Zależnie od składu chemicznego i
budowy,  uzyskiwane  materiały  charakteryzuje  szerokie  spektrum  właściwości,  zapewniających
zastosowanie  w  zaawansowanych  technologiach  od  mikroelektroniki  i  optoelektroniki,  poprzez
bioinżynierię do przemysłu maszynowego i narzędziowego, a także spożywczego i farmaceutycznego.
Wzrost  warstw  w  procesie  CVD  zachodzi  w  układzie  otwartym  lub  zamkniętym  w  wyniku  szeregu
następujących etapów obejmujących, m.in. konwekcyjny i dyfuzyjny transport masy, transport energii,
reakcje  –  homo  i  heterogeniczne  prowadzące  do  tworzenia  się  końcowego  produktu  w  postaci
warstwy.

Zjawiska zachodzące podczas osadzania powłok:

1.  Transport gazowych reagentów do strefy granicznej,
2.  Transport gazowych reagentów przez warstwę graniczą do powierzchni podłoża,
3.  Homogeniczne reakcje w fazie gazowej,
4.  Adsorpcja reagentów na powierzchni podłoża,
5.  Heterogeniczne reakcje chemiczne,
6.  Zarodkowanie w wzrost powłoki,
7.  Desorpcja zbędnych produktów reakcji chemicznych,
8.  Transport gazowych produktów reakcji chemicznych na zewnątrz warstwy granicznej,
9.  Transport gazowych produktów reakcji chemicznych z powierzchni podłoża do fazy gazowej

objętościowej.

Szybkość wzrostu powłoki zależy od:



Zmiany szybkości przepływu reagentu,



Zmiany temperatury dla różnych wartości ciśnienia w reaktorze

Wysoka  temperatura  konieczna  do  przebiegu  reakcji  chemicznych  znacznie  ogranicza  zakres
stosowania metody CVD szczególnie w przypadku elementów narażonych na obciążenia dynamiczne
podczas  eksploatacji  lub  narzędzi  wykonywanych  ze  stali  szybkotnących.  Ogranicza  to  zakres
stosowania  technik  CVD  głównie  do  nanoszenia  warstw  na  płytki  z  węglików  spiekanych  lub
spiekanych  materiałów  ceramicznych,  dla  których  wysoka  temperatura  procesu  nie  powoduje  utraty
ich  własności.  Dodatkowo  do  wytwarzania  powłok  jest  konieczność  utylizacji  agresywnych  dla
środowiska naturalnego odpadów poprocesowych.

W procesach CVD składniki atmosfery mogą być aktywowane: cieplnie, plazmą.

Procesy CVD nanoszenia powłok aktywowane cieplnie mogą być realizowane jako:



Chemiczne osadzanie z fazy gazowej pod ciśnieniem atmosferycznym (APCVD)



Chemiczne osadzanie z fazy gazowej pod obniżonym ciśnieniem (LPCVD)

W procesach APCVD oraz LPCVD termiczna aktywacja środowiska gazowego. Pierwszy z procesów
przebiega przy ciśnieniu atmosferycznym, drugi natomiast przy ciśnieniu od kilku do kilkunastu
hektopaskali.

Tradycyjne procesy CVD wymagają stosowania wysokiej temperatury, koniecznej do rozkładu
gazowych reagentów (900-1000

C), co ogranicza zakres ich wykorzystania. Osadzane warstwy

związane są z podłożem dyfuzyjnie.

Metoda  PACVD  –  w  ostatnich  latach  opracowano  kilka  odmian  procesów  CVD  zwanych  ogólnie
metodami chemicznego osadzania z fazy gazowej w obecności wyładowania jarzeniowego (PACVD)
umożliwiających znaczne obniżenie temperatury procesu. Technologie realizowane z wykorzystaniem
niskotemperaturowej plazmy umożliwiają wykorzystanie pozytywnych cech wysokotemperaturowych
procesów  CVD  (duża  wydajność  i  jakość  uzyskiwanych  powłok)  w  połączeniu  z  niską  temperaturą
pokrywania  oraz  korzystnym  oddziaływaniem  plazmy  –  możliwość  oczyszczenia  podłoża  w  wyniku
działania plazmy zapewnia dobrą przyczepność powłoki do podłoża.

Rozwój metod CVD polega na modyfikacjach rozwiązań tradycyjnych w kierunku obniżenia
temperatury procesu do 600-500

⁰

C przez:



Dobór odpowiednich atmosfer gazowych i stosowanie związków o niższej temperaturze
reakcji chemicznych,



Obniżenie ciśnienia do wartości 500-10 hPa – jest to tzw. metoda niskociśnieniowa CVD
(oznaczana LPCVD)



Aktywację elektryczną środowiska gazowego za pomocą wyładowania jarzeniowego lub
prądów wysokiej częstotliwości – są to tzw. metody wspomagane lub aktywowane plazmą
niskotemperaturową PACVD.

Proces CVD może być realizowany w różnych rozwiązaniach:



Klasycznym, w którym reakcje chemiczne aktywowane są termicznie (HFCVD),



Plazmochemicznie – (PACVD) z użyciem różnych pól fizycznych: mikrofal (MWCVD), fal

radiowych (RFCVD),



CVD aktywowane laserowo (LCVD)



CVD aktywowane wiązką promieni UV (photo CVD)



CVD z użyciem prekursorów metaloorganicznych (MO CVD)



CVD realizowana w złożu fluidalanym – Fluized – Bed CVD



Chemiczna infiltracja z fazy gazowej – chemiczal Vapour infiltration (CVI).

Zastosowanie metody PACVD:



Otrzymywanie powłok i regularnego azotku boru stosowanych w technologii elektronowej
jako powłoki: dielektryczne, ogniwa fotoelektryczne oraz jako materiały na narzędzia
skrawające,



Nanoszenie twardych powłok anty ściernych na narzędzia skrawające i części maszyn
(procesy z wyładowaniem jarzeniowym DC),



W przemyśle elektronicznym: otrzymywanie kondensatorów, warstw maskujących w

litografii, warstw pólprzewodnikowych i dielektrycznych (procesy z wyładowaniem
jarzeniowym RF i mikrofalowym)

Metoda  MOCVD  (metallorganic  CVD)  ma  najszersze  zastosowanie  w  elektronice  do  osadzania
warstw  półprzewodnikowych.  Cechą  charakterystyczną  tej  techniki  jest  to,  że  prekursorami  są  tutaj
związki  metaloorganiczne  takie  jak  alkile  (metylki  i  etylki  metali  grupy  III)  czy  wodorki,  które
rozkładają  się  we  względnie  niskich  temperaturach  (<800oC).  W  taki  sposób  otrzymane  warstwy  są
bardzo  cienkie  i  zwykle  epitaksjalne.  Niska  temperatura  MOCVD  przydatna  jest  przy  osadzaniu
związków  odpornych  na  ścieranie  i  korozję  na  podłożach  stalowych.  W  ostatnich  latach  metoda  ta
stała  się  jedną  z  głównych  metod  wytwarzania  warstw  typu  Al2O3  i  SiO2  stanowiących  barierę
chemiczną.

Metoda  LCVD  (laser  CVD)  jest  głównie  używana  w  dziedzinie  mikroelektroniki.  Pobudzenia
składników gazowych dokonuje się za pomocą wiązki laserowej padającej na reaktor. Występują dwa
typy  procesów  w  technikach  LCVD  –  pirolityczne  i  fotolityczne.  W  metodzie  pirolitycznej  LCVD
wieloatomowe  cząsteczki  gazowe  dysocjują  w  obszarze  granicy  międzyfazowej  gaz-podłoże  w
wyniku  działania  wysokiej  temperatury  podłoża  nagrzanego  za  pomocą  lasera.  Reakcje  te  zachodzą,
gdy  zastosowany  gaz  jest  przezroczysty  dla  wiązki  lasera,  a  podłoże  absorbuje  promieniowanie
laserowe. W metodzie fotolitycznej LCVD cząsteczki ulegają dysocjacji w pobliżu podłoża w wyniku
reakcji  fotochemicznej.  Fotodysocjacja  ma  miejsce  wówczas  gdy  reagenty  gazowe  absorbują
promieniowanie laserowe o zastosowanej długości fali wiązki laserowej.

Metoda HFCVD – w metodzie Hot-Filament CVD wykorzystywane jest rozgrzane włókno najczęściej
wolframowe do temperatury 2000oC lub wyższej umieszczone blisko podłoża do generowania plazmy
i  aktywacji  reakcji  chemicznych.  Obecnie  metoda  stosowana  jest  głównie  do  wytwarzania  powłok
diamentowych,  w  tym  z  nanokrystalicznego  diamentu  (NCD  –  nanocrystalline  diamond)  w  których
rodniki węglowodorowe (CxHy dla x=1,2 i y=0,…,6) powstają przez rozkład termiczny węglowodoru
CH4  poprzez  aktywację  termiczną  gorącym  włóknem  gazu  roboczego.  Na  rozgrzanym  włóknie
dochodzi również do rozkładu wodoru molekularnego H2 na wodór atomowy.

ALD

Atomic  layer  deposition  –  ALD  to  prawdziwa  nanotechnologia.  Ultra  cienkie  warstwy  rzędu  kilku
nanometrów  nakładane  są  w  ściśle  kontrolowany  sposób.  W  procesie  wytwarzania  powłok  metodą
ALD osadzana jest dokładnie jedna warstwa atomowa w każdym cyklu, dzięki czemu nad procesem
osadzania jest pełna kontrola w skali nanometrycznej. Prekursory (gazowe, ciekłe lub stałe) są kolejno
wprowadzane  w  stan  gazowy  w  ogrzewanej  komorze  reakcyjnej,  gdzie  umieszczone  są  podłoża.
Prekursory wytwarzają silne wiązania chemiczne. Temperatura musi być wystarczająco wysoka, aby
umożliwić reakcję między prekursorami, ale wystarczająco niska, aby uniknąć rozkładu.

Zakres  temperaturowy  procesów  ALD  wynosi  od  25  do  500  ⁰C.  Wykorzystywane  są  dostępne
prekursory  często  podobne  jak  w  CVD  lub  MOCVD.  Powłoki  osadzane  metodą  ALD  mają
równomierną  grubość  na  wszystkich  ściankach  i  otworach  osadzanego  podłoża  nawet  o  bardzo
skomplikowanych kształtach geometrycznych.

W  metodzie  ALD  powłoki  uzyskuje  się  w  wyniku  narastania  monomolekularnych  warstw
adsorbcyjnych.  Do  komory  reakcyjnej  prekursory  dozowane  są  naprzemiennie  w  tzw.  „pulsach”,  a
ponadto  po  każdym  pulsie  prekursora  następuje  usunięcie  produktów  ubocznych  reakcji  oraz
niezaadsorbowanych cząsteczek z komory reakcyjnej, za pomocą pulsu gazu obojętnego. Powoduje to,
że w fazie gazowej prekursory nie mają ze sobą kontaktu poza warstwą adsorbcyjną. Elementarny cykl
ALD, prowadzący do powstania monowarstwy, wygląda następująco: „jeden partner reakcji, płukanie,

kolejny partner reakcji, płukanie”. Aby uzyskać wymagana grubość otrzymywanego materiału, cykl
ten powtarzany jest wiele razy (nawet do kilkudziesięciu tysięcy razy).

Do najważniejszych zalet technologii ALD należy zaliczyć:



Możliwość stosowania prekursorów o wysokiej reaktywności, ponieważ kontakt reagentów
następuje dopiero przy substracie – eliminuje to reakcje w fazie gazowej,



Łatwość kontroli grubości powłoki poprzez samoograniczający się proces wzrostu, który
implikuje to, że grubość warstwy zależy tylko od ilości cykli,



Możliwość tworzenia wielowarstwowych struktur w ciągłym procesie przy dużej wydajności
materiału,



Tempo wzrostu nie zależy od jednorodności strumienia prekursorów w czasie jak i przy
substracie – dlatego też, źródła w postaci ciał stałych, które często maja wolne tempo
sublimacji, łatwiej można zastosować w technice ALD niż w innych porewnych technikach.

Metoda ALD daje możliwości otrzymywania wysokiej jakości materiałów w niskich temperaturach.
Przy  odpowiednim  dopasowaniu  warunków,  proces  wzrostu  przebiega  w  tzw.  Nasyceniu.  W  takim
przypadku proces wzrostu jest stabilny i przyrost grubości jest taki sam w każdym z cykli osadzania.
Taki,  samoograniczający  się  mechanizm  wzrostu,  pozwala  na  otrzymywanie  cienkich  warstw  z
zaplanowaną  grubością  na  dużych  powierzchniach  oraz  struktur  wielowarstwowych.  Ograniczenia,
jakie niesie ze sobą technologia „osadzania z warstw atomowych”, to przede wszystkim wolne tempo
wzrostu.  W  najlepszym  przypadku  otrzymujemy  jedną  monowarstwę  na  cykl.  Typowe  zaś,  tempo
osadzania to 100-300 nm na godzinę. Wadę tę rekompensuje możliwość przeprowadzania procesów z
substratami  o  dużych  powierzchniach.  Male  tempo  wzrostu  nie  musi  oznaczać  niskiej  wydajności,
gdyż ta druga cecha jest rozpatrywana pod względem objętości (grubość x powierzchnia) otrzymanego
materiału.

PVD

Fizyczne  procesy  osadzania  próżniowego  (psysical  vapour  deposition)  obejmują  wiele  różnych
technologii  odparowywania  osadzonego  materiału,  stosowanych  do  tworzenia  powłok,  pokryć  oraz
warstw  jako  konstrukcji  zabezpieczających,  uszlachetniających  lub  modyfikujących  oryginalną
powierzchnię. Niemal we wszystkich metodach PVD osadzona na podłożu kierowanej elektrycznie na
stosunkowo zimne podłoże. Grubość osadzanych warstw waha się od kilkudziesięciu angstremów do
kilku mikrometrów. Pokrycia próżniowe mają zastosowanie w wielu dziedzinach techniki od prostych
zastosowań dekoracyjnych do złożonych aplikacji w przemyśle chemicznym, nuklearnym, inżynierii
materiałów, medycynie, mikroelektronice i innych.

Odparowanie termiczne:



Osadzanie laserem impulsowym



Osadzanie wiązką elektronów

Implantacja jonów:



Osadzanie wiązką jonów

Rozpylanie magnetronowe:



Wysokoenergetyczne pulsacyjne



Rozpylanie magnetronowe



Reaktywne rozpylanie magnetronowe



Pulsacyjne odparowanie łukowe



Próżniowe odparowanie łukowe

Odparowanie łukiem elektrycznym:



Aktywowane reaktywne odparowanie

Obszary zastosowań tych technologii rozwijają się bardzo szybko, ponieważ ich stosowanie jest często
jedynym  sposobem  pogodzenia  sprzecznych  wymagań  stawianych  przez  współczesne  konstrukcje  i
przyrządy. Często pojedynczy materiał nie jest w stanie sprostać stawianym przed nim wymaganiom,
stosuje  się  wtedy  związki  złożone  i  ich  kombinacje,  tworząc  układy  wielowarstwowe.  Technologie
PVD  są  bardzo  wszechstronne,  umożliwiają  osadzanie  wielu  rodzajów  materiałów,  zarówno
nieorganicznych jak i niektórych organicznych.

Metoda  PVD  wykorzystuje  zjawiska  fizyczne,  takie  jak  odparowanie  metali  albo  stopów  lub
rozpylanie  katodowe  w  próżni  i  jonizację  gazów  i  par  metali  z  wykorzystaniem  różnych  procesów
fizycznych.  Wspólną  ich  cechą  jest  krystalizacja  par  metali  lub  faz  z  plazmy.  Nanoszenie  powłok
przeprowadzane jest na podłożu zimnym lub podgrzanym do 200-500

⁰C, co umożliwia pokrywanie

podłoży  zahartowanych  i  odpuszczonych,  bez  obawy  o  spadek  ich  twardości,  lecz  jednocześnie
prowadzi  do  wytworzenia  powłok  bardzo  cienkich  i  słabo  związanych  z  podłożem.  Połączenie
powłoka-podłoże  ma  charakter  adhezyjny  i jest  tym  silniejsze,  im  bardziej  czysta  jest  powierzchnia
pokrywana.

W celu uzyskania odpowiedniej czystości powierzchni podłoża prowadzi się operacje przygotowania,
czyszczenia i aktywacji powierzchni podłoża przed naniesieniem powłoki. Proces przygotowania
powierzchni składa się z dwóch głównych etapów:



Chemicznego przygotowania powierzchni (oczyszczenia zgrubnego), w celu usunięcia
z niej wszelkiego rodzaju tłuszczów, smarów konserwujących oraz innych
zanieczyszczeń mechanicznych, jak również cienkich warstw powierzchniowych
(tlenków, siarczków, produktów korozji).



Jonowego przygotowania powierzchni – operacja bezpośrednia poprzedzająca proces

nanoszenia powłok. Dokładnie oczyszcza powierzchnie, aktywuje ją i podgrzewa

element do żądanej temperatury – proces realizowany przez trawienie jonowe.

W większości przypadków powstawanie powłok w procesie PVD odbywa się w 3 etapach:



Uzyskiwanie par nanoszonego materiału,



Transport par (neutralnych lub zjonizowanych) na materiał podłoża,



Kondensacja par nanoszonego materiału na podłożu i wzrost powłoki.

W technikach PVD zmiana parametrów procesu ma duży wpływ na strukturę powłoki. Podstawowymi
parametrami  procesu  wpływającymi  na  strukturę  są:  temperatura  podłoża,  ciśnienie  gazu,  energia
jonów  bombardujących,  które  razem  z  cechami  podłoża:  składem  chemicznym,  mikrostrukturą,
topografią,  determinują  własności  mechaniczne  powłok.  Intensywność  zjawisk  zachodzących  na
powierzchni zależy m.in. od gęstości strumienia energii jonów bombardujących, której górna wartość
ograniczona jest odpornością cieplną materiału podłoża. Dla małej energii jonów zderzenia jon-ciało
stałe  mogą  powodować  lokalny  wzrost  temperatury  i  desorpcję  cząstek  znajdujących  się  na

powierzchni (m.in. zanieczyszczeń). Różna energia jonów bombardujących wpływa przede wszystkim
na: zarodkowanie i wzrost powłoki, morfologię powierzchni oraz przyczepność do podłoża.

Powłoki otrzymywane w procesie PVD można podzielić na dwie podstawowe grupy:



Proste – zwane powłokami jednowarstwowymi lub monowarstwowymi składające się z

jednego materiału (metalu np. Al, Cu, Cr lub fazy np. TiN, TiC)



Złożone – składające się z więcej niż jednego materiału, przy czym materiały te zajmują różne
pozycje w tworzonej powłoce.

Do powłok złożonych nanoszonych metodą PVD zalicza się powłoki:



Wieloskładnikowe, w których podsieć jednego pierwiastka wypełniona jest częściowo innym
pierwiastkiem.



Gradientowe, stanowiące odmianę powłok wielowarstwowych różniące się składem
chemicznym i własnościami warstw pojedynczych, zmieniających się płynnie na ich grubości,



Kompozytowe, będące szczególnym typem powłok wielofazowych, stanowiących również
mieszaninę, w której jedna faza jest dyspersyjnie rozproszona w innej, występującej w sposób
ciągły.



Metastabilne, łączące w sobie zróżnicowane własności materiałów metalicznych z
kowalencyjnymi, tworzone są w wyniku syntezy faz nierównowagowych (metastabilnych),

Skład i własności powłok nanoszonych metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej zależą od:



Szybkości rozpylania,



Odległości pomiędzy materiałem osadzanym – tarczą (target) a podłożem



Temperatury podłoża



Ciśnienia argonu i gazu reaktywnego,



Gęstości odparowanych lub rozpylanych atomów,



Stopnia jonizacji argonu, gazu reaktywnego oraz odparowanych lub rozpylanych atomów z

tarczy.

W modelu tworzenia się warstwy, którego podstawą jest temperatura topienia osadzanego materiału,
wyróżniono trzy strefy struktury metalograficznej w zależności od temperatury homologicznej T/Tt:



Strefa 1 (T<0,3Tt), o strukturze kolumnowej z dużą ilością porów, w której przeważają drobne

krystality,



Strefa 2 (0,3Tt<T<0,5Tt), o strukturze kolumnowej charakteryzującej się większymi ziarnami
oraz występującymi mikronierównościami powierzchni,



Strefa 3 (T>0,5Tt), gęsta struktura, o dużych ziarnach równoosiowych rosnących wraz ze
wzrostem temperatury podłoża.