La Physical Vapor Deposition, spesso abbreviata in PVD, è un metodo comune per la deposizione di film sottili, è per esempio la tecnica utilizzata per la fabbricazione degli specchi, depositando un sottile strato d’argento su una lastra di vetro.
Questa tecnica permette di ottenere in modo semplice film ad alta purezza e con buona struttura.
Gli stadi fondamentali del processo sono i seguenti:
• sublimazione di un solido od evaporazione di un liquido
per formare una specie aeriforme
• trasporto degli atomi o molecole dalla sorgente al substrato da ricoprire
• deposizione delle particelle sul substrato e crescita del film
Per evaporare del materiale da una fase condensata è necessario
fornirgli del calore. In un sistema chiuso si stabilisce una
pressione di vapor saturo che sancisce l’equilibrio tra le particelle
che lasciano la fase condensata e quelle che vi rientrano;
la pressione di vapor saturo dipende dalla temperatura
e aumenta fortemente all’aumentare di quest’ultima.
Durante la loro permanenza in fase aeriforme, le particelle
viaggiano in linea retta finché non collidono con una molecola
del gas residuo; entra quindi in gioco il cammino libero medio,
che è tanto più elevato quanto più bassa è la pressione.
Ne consegue quindi l’importanza di depositare film sottili a
pressioni più basse possibili.
Nella maggior parte dei sistemi di deposizione per evaporazione, la distanza tra sorgente
e substrato è dell’ordine di qualche decina di centimetri,
distanza che per l’aria a temperatura ambiente e a pressioni
dell’ordine di <math>10^{-5} mbar</math> è paragonabile al libero cammino medio.
Un forte limite della Physical Vapor Deposition è il fatto
che si presta male alla deposizione di materiali multicomponente,
poiché molte sostanze si dissociano ad alta temperatura
ed i componenti, con differenti pressioni di vapor saturo, danno luogo così a depositi con stechiometrie diverse da quella del materiale di
partenza.
I sistemi di evaporazione sono essenzialmente due:
a effetto Joule, basato sul riscaldamento di fili o lamine di materiali altofondenti sagomati per accogliere il materiale da
evaporare, e a cannone elettronico, in cui un fascio di elettroni
incide sul materiale e lo fa evaporare per trasferimento
termico.