Lição 11.9RevestirCapítulo 11 · Revestimentos e acabamento de superfícies

Revestimento CVD

Gases reagem em uma superfície quente e deixam um filme

O CVD (deposição química em fase vapor) faz crescer um filme sólido a partir de gases que reagem em uma superfície quente. Ele deposita as camadas ultrafinas dentro dos chips de computador e os revestimentos resistentes de muitas pastilhas de corte de metal duro. Ao contrário do PVD, o gás chega a dentro dos furos e em volta dos cantos, então todas as superfícies recebem um revestimento uniforme.

Foto: NASA/GRC, Public domain, via Wikimedia Commons

Revestimento CVD · reator tubular, com um detalhe da reação na superfícieOs números circulados correspondem às etapas abaixo; a caixa de baixo amplia a química na superfície.

Como funciona

Carregue as peças. Wafers (finos discos de silício para chips) ou pastilhas de metal duro são empilhados em suportes dentro do reator, um tubo ou câmara selados.
Aqueça e alimente os gases. As peças são aquecidas, normalmente a 500–1.100 °C no CVD térmico. Os gases precursores entram: gases que carregam os átomos desejados, como silano para silício ou metano para carbono.
Reaja na superfície quente. Perto da superfície quente, as moléculas do gás se quebram e reagem. Os átomos desejados ficam para trás como um filme sólido e firmemente ligado.
Bombeie os subprodutos. Os gases que sobram, como hidrogênio ou cloreto de hidrogênio ácido, são bombeados para fora e tratados em um lavador antes de serem liberados.
Cresça e esfrie. O filme engrossa de forma uniforme em toda superfície que o gás toca, de alguns nanômetros nos chips a cerca de 5–20 µm nas pastilhas de ferramenta. Depois o reator esfria e as peças saem.

Dados-chave

Materiais: Filmes: silício, óxido e nitreto de silício, tungstênio, TiN, TiC, alumina, diamante, grafeno. Peças: wafers de silício, metal duro, cerâmicas, metais resistentes ao calor
Peças típicas: Wafers de chips, pastilhas de corte de metal duro, células solares, peças ópticas e de desgaste
Tamanho da peça: Wafers de até 300 mm de diâmetro; pastilhas de alguns centímetros; de centenas a milhares de peças por carga
Precisão: Filmes de alguns nanômetros a cerca de 20 µm, muito uniformes, mesmo dentro de furos e trincheiras
Acabamento superficial: Liso e denso, copiando a superfície de baixo; os revestimentos de ferramentas ficam cinza, dourados ou pretos
Tamanho de lote adequado: Grandes lotes: centenas de wafers ou milhares de pastilhas por carga
Custo de ferramental e máquinas: Alto a muito alto: reatores industriais custam de centenas de milhares a milhões de dólares, os equipamentos para chips no topo
Velocidade: Lento: uma carga de revestimento de ferramentas normalmente dura muitas horas; camadas finas de chips levam de minutos a horas

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Reveste toda superfície que o gás alcança, até dentro de furos
Filmes muito uniformes e densos, com forte adesão
Enorme variedade de materiais, do silício ao diamante
Camadas exatas de nanômetros para chips, ou grossas camadas de desgaste para ferramentas

Limites

O calor alto, muitas vezes perto de 1.000 °C, exclui muitos aços e plásticos
Gases tóxicos, inflamáveis ou corrosivos exigem manuseio cuidadoso
Reatores caros e cargas longas
Difícil de mascarar: reveste também lugares onde você pode não querer

Onde é usado

EletrônicaCamadas isolantes e condutoras dentro de chips, células solares
Ferramentas de corteCamadas grossas de TiCN e alumina em pastilhas de torneamento de metal duro
ÓpticaRevestimentos duros e antirreflexo, janelas de diamante sintético
JoalheriaDiamantes cultivados em laboratório
AeroespacialRevestimentos de aluminieto que protegem pás de turbina dos gases quentes
PesquisaFolhas de grafeno e nanotubos de carbono

Como reconhecê-lo

Um revestimento uniforme que alcança o interior de furos, ranhuras e o lado de trás de uma peça.
Pastilhas de metal duro com um revestimento grosso dourado, cinza ou preto, cujas camadas aparecem como faixas em uma borda lascada.
As cores de arco-íris de um wafer de silício: filmes finos, muitas vezes crescidos por CVD, cuja espessura define a cor.
Certificados de diamantes de laboratório que dizem CVD.

Compare com

Revestimento PVD11.8os átomos voam em linha reta a partir de um alvo sólido, a temperatura mais baixa; o CVD usa gases que contornam cantos, mas normalmente precisa de mais calor.Deposição de camada atômica13.4uma forma passo a passo de CVD que adiciona uma camada atômica por ciclo, para filmes ultrafinos e perfeitos.Galvanoplastia11.5constrói camadas metálicas a partir de um líquido perto da temperatura ambiente; o CVD constrói cerâmicas e semicondutores a partir de gás.

Assista

Massachusetts Institute of Technology (MIT) · Uma explicação clara de como o CVD funciona e por que importa

Physics, Materials Science and Nano Lecture Series · As etapas da reação na superfície, animadas

Physics, Materials Science and Nano Lecture Series · As principais variantes: à pressão normal, à baixa pressão, com plasma

CVDEquipment · Como é uma máquina real de CVD por plasma

Veja fotos reais

Wikipedia: Deposição química em fase vapor — tipos de reator, materiais e usos, com links para fotos
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

O CVD faz crescer um filme sólido a partir de gases que reagem em uma superfície quente.
O gás chega a todo lugar, então furos e lados de trás também recebem um revestimento uniforme.
Camadas de chips, revestimentos grossos de pastilhas e diamantes de laboratório vêm todos do CVD.