Diffusionseigenschaften
Diffusion ist ein Mechanismus der Stoffübertragung in Festkörpern, der durch die thermische Bewegung von Atomen verursacht wird. Sehr kompakte und defektfreie PVD-Schichten können als Diffusionsbarrieren dienen, die das Eindringen unerwünschter Stoffe in das Substratvolumen verhindern.
Die Diffusionseigenschaften von Materialien beschreiben quantitativ die Fähigkeit von Stoffen, Atome, Ionen oder Moleküle anderer Stoffe infolge eines Diffusionsprozesses durcheinander wandern zu lassen. Diffusion ist ein Transportphänomen, bei dem sich Partikel aufgrund thermischer Bewegung von Bereichen mit höherer chemischer potenzieller Energie (Konzentration) in Bereiche mit niedrigerer chemischer potenzieller Energie bewegen. Dieser Prozess wird durch einen Konzentrationsgradienten gesteuert und kann durch andere Faktoren wie Temperatur, Partikelgröße, Materialstruktur und das Vorhandensein v Defekten oder Fehlern im Kristallgitter beeinflusst werden.
Sehr dichte und defektfreie PVD-Schichten dienen als wirksame Diffusionsbarrieren. Diese Barrieren reduzieren den Diffusionsfluss unerwünschter Atome oder Moleküle wie korrosiver oder reaktiver Stoffe erheblich oder blockieren ihn vollständig und verhindern so deren Eindringen in das darunter liegende Substrat. Dadurch wird das Risiko von Korrosionsschäden, Oxidation oder anderen Formen chemischer oder elektrochemischer Schädigung des Substrats minimiert, was wesentlich zur Verlängerung seiner Funktionslebensdauer beiträgt.
Die Diffusionseigenschaften sind daher ein entscheidender Parameter bei der Entwicklung und Anwendung von Materialien für Schutzbeschichtungen in rauen Umgebungen, z. B. in der Mikroelektronik, bei biomedizinischen Implantaten, in der Luft- und Raumfahrt und in der Automobilindustrie. In diesen Bereichen ist es von entscheidender Bedeutung, die Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischen Angriffen, mechanischem Verschleiß und anderen Zersetzungsmechanismen zu gewährleisten, was sich unmittelbar auf die Leistung, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Endprodukts auswirkt.
Aplikace
Abb. 1 zeigt die EDX-Kartierung der Elemente Co, W und C während der Bewertung der PVD-Schicht aus nc-AlTiN/a-Si3N4 als Diffusionsbarriere für die Kobaltmigration vom WC-Co-Hartmetall zur oberen C-Schicht. Co verbleibt im WC-Co-Systemvolumen und dringt nicht in die obere C-Schicht ein.
Abb. 2 zeigt die Auswirkung der Einwirkungstemperatur von 400°C bzw. 600°C für die Diffusion von Si aus dem Grundmaterial in die Cr-PVD-Schicht mit inhomogener Säulenstruktur.
