Chemische Gasphasenabscheidung

Unter dem Begriff chemische Gasphasenabscheidung versteht man eine Gruppe von Beschichtungsverfahren zur Aufbringung einer Oberflächenbeschichtung. Dabei wird an der Oberfläche eines Werkstoffes, welcher als Substrat bezeichnet wird, aufgrund einer chemischen Reaktion aus der Gasphase eine Feststoffkomponente abgeschieden. Die für die chemische Reaktion erforderliche Energie kann z. B. in Form von Wärme, durch ein Plasma oder durch Laserlicht zur Verfügung gestellt werden.

zum Einsatz kommt das CVD-Verfahren hauptsächlich im Maschinenbau, Apparatebau und bei der Herstellung elektronischer Bauteile. Die Vorteile und Nachteile dieser Beschichtungsverfahren sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Bei der chemischen Gasphasenabscheidung bilden sich feste, amorphe, polykristalline oder monokristalline Schichten auf dem Werkstoff aus. Diese Schichten können aus vielen Metallen, Halbleitern, Oxiden, Kohlenstoff, Nitriden, Karbiden und Boriden bestehen und auf unterschiedlichen Substraten abgeschieden werden. Bei den Substraten kann es sich hierbei um Metalle, Metalllegierungen, Karbide und Oxide handeln.

Die Elemente aus denen die Schichten gebildet werden sollen, werden entweder als Gas oder in leicht verdampfbarer Form auf den Werkstoff geleitet. Dort kommt es zu einer Reaktion der Beschichtungsstoffe aus der Gasphase mit dem Substratwerkstoff wobei die gewünschte Schicht und gasförmige flüchtige Nebenprodukten gebildet werden. Der gesamte Beschichtungsvorgang setzt sich aus folgenden Teilschritten zusammen:

• Erzeugung eines Reaktionsgasgemisches
• Transport des Gasgemisches in den CVD-Reaktor
• Adsorption des Gasgemisches an der Werkstoffoberfläche
• Dissoziation, d. h. Aufspaltung, des Transportgases
• Abscheidung der Feststoffkomponenten am Substrat
• Reaktion mit Substratelementen zu der Beschichtung
• Desorption der flüchtigen Reaktionsprodukte
• Abtransport der Reaktionsprodukte

Weitere häufig angewendete Verfahren zur Beschichtung von metallischen Werkstoffen sind:

• Physikalische Gasphasenabscheidung
• Thermisches Spritzen
• Plattieren
• Auftragsschweißen
• Abscheidung aus der metallischen Schmelze
• Elektrochemische Abscheidung
• Plasmapolymerisation

Durch die Aufbringung einer geeigneten Oberflächenbeschichtung lassen sich die Eigenschaften der Werkstoffe gezielt an die Anforderung im Einsatz anpassen. So kann z. B. durch das Aufbringen einer Hochtemperatur-Korrosionsschutzschicht die Beständigkeit gegenüber Hochtemperaturkorrosion gezielt verbessert werden, was zu einer Erhöhung der Dauerhaftigkeit beiträgt. Mittels des CVD-Prozesses lassen sich auch Hochtemperatur-Wärmedämmschichten auf Werkstoffe aufbringen, um die Wärmeeinbringung in das Bauteil zu reduzieren und somit den Wirkungsgrad von Anlagen zu erhöhen. Dadurch kann deren Energieeffizienz gezielt gesteigert werden.

Synonym(e):

CVD-Verfahren, CVD-Prozess

Englische Übersetzung(en):

chemical vapour deposition