В обобщен вид, PVD (physical vapor deposition) технологиите се основават на процеси на изпаряване, сублимация или разпрашване на частици от стопилка или повърхността на мишена (катод) посредством електродъгова ерозия, нагряване или магнетронна, диодна, триодна или други схеми на въздействие върху нея.
Магнетронното разпрашване
Oтлагането чрез разпрашване е физичен паров метод (PVD), при който се прилага близко разположено магнитно поле, успоредно на повърхността на катода (мишената). Прилагането на отрицателен потенциал към мишената и образуването на плазма, гарантира продължително бомбардиране на катода, (фигура 1). Поради по-малката си маса, електроните се движат по-бързо и общият заряд на плазмения чадър става леко положителен. При подаване на отрицателен заряд към подложките, катионите се привличат, а се отблъскват електроните. При бомбардирането с йоните с висока енергия, върху мишената се освобождават вторични електрони от катода (т. нар. йонно-индуцирана вторична електронна емисия), която е важна за поддържане на тлеещия разряд, защото електроните възбуждат и йонизират Ar атоми, а възбудените атоми предизвикват следваща йонизация. Магнитното поле свързва вторичните електрони към дадени области от мишената като така увеличава ефективността на йонизация чрез образуване на електромагнитно поле около катода (фигура 1). С увеличаването на йонното бомбардиране, нараства и йонно-индуцирана вторична електронна емисия. Така за сметка на по-ниско напрежение към катода и работно налягане, се постига същата скорост на ерозия на мишената. Когато магнитите са с различна сила и/или размери, се получава небалансирана магнитна конфигурация (фигура 1), при която магнитните силови линии достигат до подложките. По този начин се увеличава плътността на плазмата, достигаща до субстратите.

Фиг. 1. Принципна схема на магнетронна система, образувания плазмен чадър и формата на електромагнитното поле при небалансирана магнитна конфигурация

Принцип на образуване на нискотемпературна плазма - тлеещ разряд
По своята същност, тлеещият разряд също представлява образуване на плазма под действие на електричен ток между два електрода във вакуум. Формира се при сравнително високо напрежение, ниска плътност на ток и налягане на газа. При достигане на напрежение на запалване, газът в камерата се йонизира и превръща в плазма, чиито цвят зависи от вида на използвания газ. Разрядът има две основни части – 1) тъмно катодно пространство и 2) плазмен чадър, изпълващ пространството до анода. При движението си, положителните йони се привличат от катода, където участват в същите процеси като по-горе описаните, а електроните се насочват към анода. Потенциалната разлика между катода и най-близката до него граница на пространството, се нар. катоден потенциален спад, чиято разлика може да се измерва в хиляди волта. В катодното тъмно пространство почти няма сблъсъци на йони с газови молекули, което е причина те да придобият голяма кинетична енергия, която придават на мишената. Избитите електрони също се ускоряват от катодния спад и сблъсъкът им с газовите молекули в по-далечната част на разряда води до ударна йонизация.
На фигура 2 са посочени схема на инсталацията за отлагане на покритията с помощта на тлеещ разряд (а) и снимка на работещ композитен електрод (катод) от титан с медни нишки, който позволява промяна на количеството мед в мишената.

Фигура 2. Принципна схема на инсталацията (а) с нейната вакуумна помпена система: Р1 и Р4 – форвакуумна помпа, Р2 - бустерна двуроторна вакуумна помпа, Р3 – дифузионна помпа, V1÷V7 – вакуумни вентили (шибри); б) снимка на работния катод.

Електронно-лъчевото обработване (ЕЛО)
При електронно-лъчевото обработване (ЕЛО) фокусиран лъч от ускорени електрони се насочва към обекта, освобождавайки кинетичната си енергия и трансформирайки я в топлина (фигура 3). В електро-оптичната система (електронната пушка) на инсталацията се генерират електрони от нагрят W катод или Та лента, които се ускоряват и фокусират от електромагнитни полета. Електро-оптичната система е свързана с работна камера с манипулатор за позициониране на обекта. Работата под вакуум позволява предпазване на обработваната повърхност от замърсяване с металоиди. Същевременно, съвременните методи за отклоняване на лъча позволяват разработването на електронно-лъчеви технологии на обработване, които е невъзможно да се реализират с помощта на подобни конвенционалните методи. При ЕЛО кинетичната енергия на ускорените електрони се превръща в топлина чрез взаимодействие с частиците от повърхността на обекта. Проникването на електроните увеличава температурата в зоната на взаимодействие. Над определена температура (различна за различните материали) материалът от повърхността започва да се нагрява, стопява или да се изпарява. В резултат от високите скорости на охлаждане до повърхността се образува зона с променена микроструктура, фазов състав и твърдост в сравнение с основния материал. Ето защо, ЕЛО ще се използва за получаване на допълнителни фазови превръщания, които да променят свойствата (адхезия, освобождаване на медни йони, антибактериални свойства, биоактивност и др.) на изследваните покрития.

Фигура 3. Схематично представяне на електронно-лъчево повърхностно обработване

Лазерно повърхностно обработване
Подобно на ЕЛО, лазерната обработка на материали се базира на получаването на много високи температури, които могат да стопят или изпарят практически всеки материал, благодарение на голямата концентрация на мощност и енергия в много малък участък съответно за лазери, работещи в непрекъснат режим и в импулсен режим. Както за импулсните, така и за непрекъснатите лазери, важен параметър на излъчването е дължината на вълната λ. При поглъщането на лазерното лъчение от обработвания материал енергията се предава на решетката като в дълбочина намалява експоненциално. Поглъщането на енергията на фотоните става главно за сметка взаимодействието с електроните на материала. В резултат на това, погълната енергия много бързо преминава в колебания на кристалната решетка, т.е. в топлина, която да се използва за фазови превръщания. С понижаване интензитета на лъча се стимулира процес на топене или отгряване без аблатационни ефекти. За разлика от ЕЛО, обработването с лазер не се осъществява в условията на вакуум, което го прави интересен процес за сравняване с резултатите от ЕЛО.