PVDコーティングとは何ですか？原理から応用まで解説！

PVDコーティングとは何ですか？原理から応用まで解説！

光学コーティングの分野において、PVD（Physical Vapor Deposition、物理蒸着）コーティングがさまざまな種類の薄膜を形成できます。光学コーティングに適用されるPVDコーティングは、異なる基板表面に薄膜層を形成することができ、光学性能、表面特性、および耐久性を向上させることができます。さらに、PVDコーティングは高純度、均一性、一貫性を備えており、製品の光学性能と信頼性を向上させます。
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PVDコーティングのメリット

CVD（化学蒸着）コーティングと比較して、PVD（物理蒸着）コーティングには以下のメリットがあります:

1. 高純度膜：PVDコーティングは、不純物の少ない高純度膜を作り出すことができます。溶液や化学反応を必要とせず、物理的な蒸着によって高純度膜が形成されます。
2. 高い制御性：PVDコーティングプロセスにおいて、高い制御性を持っていて、薄膜の厚みや構造を正確にコントロールできます。さらに、高い一貫性および優れた耐久性を実現しています。
3. 広い応用範囲 ：PVDコーティングは、金属、酸化物、窒化物など、幅広いターゲット材料が適用されます。これにより、さまざまなタイプの光学薄膜を製造するのに適しています。一方、CVDコーティングは、気相の化学反応によって成膜するため、成膜材料が気相反応性を持てない場合には、成膜することができません。
4. 環境負荷低減：PVDコーティングでは、化学物質が必要としないため、環境負荷低減を実現し得ます。一方、CVDコーティングは、ガスがが化学反応を起こし、成膜をするため、環境負荷および操作上の安全におけるリスクがあります。

結論として、PVDコーティングは化学反応を伴わず、専用のガス供給システムを必要としません。PVDコーティングは、高品質な成膜ができるだけでなく、光学コーティングにおいて、高度に制御可能で一貫性があり、多くの分野に応用できます。
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PVDコーティングの主な種類

真空蒸着

真空蒸着は、ターゲット材料を加熱して蒸発させ、基板表面に堆積させる光学コーティング技術です。真空蒸着のプロセスでは、金属や金属酸化物（酸化物、硫化物など）などのターゲット材料が真空環境で高温に加熱され、溶けて蒸発させます。蒸発された成膜材料の粒子（原子/分子）は、基板の表面に付着して薄膜を形成し、また、膜層の厚さと構造は制御できます。

スパッタリング

スパッタリングは、真空チャンバ内にターゲット材料とイオン源を設置する光学コーティング技術です。 ターゲット材料は、イオン源によって生成された電気アークまたはプラズマによって衝突され、基板表面にに堆積されて薄膜を形成します。 スパッタ堆積技術は、広い面積にわたって均一な薄膜を生成することができ、スパッタされた原子は比較的高いエネルギーを有するため、膜層の密着性が良好になります。

陰極アーク蒸着

陰極アーク蒸着は、真空チャンバー内にターゲット材料と陰極を配置して行われる光学コーティング技術です。この技術では、高エネルギーの陰極アークでターゲット材料に衝突し、基板表面に堆積して薄膜を形成します。陰極アーク蒸着技術は高い堆積速度を持ち、大量生産に効率的であり、それにより生産効率が向上し、サイクルタイムが短縮することができます。

電子ビーム蒸着

電子ビーム蒸着は、真空チャンバー内で行われる光学コーティング技術であり、電子ビームがターゲット材に衝突し、ターゲット材料を蒸発温度まで加熱させ、基板表面に堆積して薄膜を形成します。電子ビームにおいて、エネルギー密度が高いため、高融点金属を蒸発させるか、物質を昇華させることができ、電子ビームは電場や磁場を利用し精密に制御することができます。

パルス電子蒸着

パルス電子蒸着は、真空チャンバー内で高出力のパルスレーザーを使用し、ターゲット材料を轟撃して蒸発させ、基板表面に堆積させて薄膜を形成する光学コーティング技術です。パルス電子蒸着技術の最も重要な特徴は、成膜の元素組成比がほぼターゲット材料と同じままであることであり、高純度のコーティングが必要なアプリケーションに特に適しています。

PVDコーティングの適用分野

PVD技術は下記のように、さまざまな分野で応用されています。

1. 光学分野： 光学性能と耐久性を向上させるために光学用ミラーの金属コーティングやフィルターなどの光学部品を製造する。
2. 電子産業：半導体デバイス、ディスプレイ、太陽電池などの製造に利用されます。さまざまなターゲット材料が用意されており、異なるニーズに対応し、光学性能と耐食性を向上させます。
3. 自動車産業：自動車のウィンドウガラス、車体塗装、ヘッドライト、ホイールカバーなどの自動車用途に使用され、耐腐食性、および外観の美観性を向上させます。
4. 医療機器： インプラントのコーティングに使用され、生体適合性と耐久性を向上させます。

また、PVDコーティングはキッチン用品、ホームデコレーション、バスルームの設備、個人用ジュエリー/アクセサリーなど、日常生活において非常に幅広く利用されています。製品の品質、耐久性、美観性を向上させ、よりよいユーザー体験を提供することができます。
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当社は現在、革新的な光学センシングデバイス構造であるクロム（Cr）フィルム構造と銀（Ag）フィルム構造の実用特許を保有しています。クロム（Cr）フィルムは、PVD技術を用いて実現され、クロム（Cr）が基板表面に堆積され、光学センシングデバイスにおいて安定した反射率を維持することが実現できます。。一方、クロム（Cr）フィルム構造は、PVD技術を用いて基板表面に銀（Ag）を堆積することで、光学センシングデバイスにより多くの屈折光を生成することが実現できます。これらの技術はすでに衛星関連のプロジェクトで活用されています。
 

PVDコーティングにおけるターゲット材料の選択

光学コーティングの分野では、ガラスが最も一般的に使用される基板材料であり、PVDコーティングのターゲット材料には、金属や酸化物が含まれます。その種類と特性は以下の通りです：

1. 金属ターゲット：金属ターゲットは、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、チタン（Ti）などの金属薄膜を形成するために使用されます。金属薄膜は、光学用ミラーのコーティングなどに使用され、高い反射率を提供します。また、金属コーティング薄膜は滑らかで、光学的一貫性を維持するのに役立ちます。
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2. 酸化物ターゲット：酸化物ターゲットには、二酸化チタン（TiO2）、二酸化ケイ素（SiO2）、五酸化二タンタル（Ta2O5）などがあります。これらの酸化物ターゲットは、光学デバイスにて使用されており、防反射コーティング、フィルター、誘電体ミラーなどに用いられます。その中で、五酸化二タンタル（Ta2O5）は、優れた光学性能と化学的安定性を持つため、近年、半導体製造に広く応用されています。

ターゲット材料の選択は、フィルターの透過率／反射率に大きな影響を与えます。したがって、適切なターゲット材料を選択することで、光学的特性を調整し、特定のアプリケーション要件により適したものにすることができます。
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結論

当社は、光学コーティングにおいて、15年以上の経験を持ち、光学コーティングの設計からフィルター加工・製造、ガラス加工、コーティング加工までのサービスを提供しております。お客様のニーズに合わせて高品質な光学コーティングソリューションを提案いたします。ご要望などがございましたら、お気軽にお問い合わせください。