Film subtire

Acest articol sau secțiune despre materialele în cauză nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

O peliculă subțire este definită ca un strat de materiale care are fracțiuni de nanometri ( monostraturi ) la grosimi diferite de micrometri .

Printre principalele aplicații se numără dispozitivele electronice și acoperirea sistemelor optice; studiul și utilizarea filmelor subțiri sunt foarte importante în multe ramuri ale științei. O aplicație larg răspândită în prezent este, de asemenea, depunerea de filme feromagnetice pentru realizarea de hard diskuri utilizate pentru stocarea majorității datelor în computer . Există, de asemenea, aplicații în domeniile medical, biologic și farmacologic.

Cea mai obișnuită primă aplicație a fost în fabricarea oglinzilor, unde o peliculă subțire de metal pe spatele unui strat de sticlă formează o interfață reflectorizantă. În trecut, era o practică obișnuită formarea acestui strat metalic în argint, începând de la amalgamul său. Această metodă a fost inventată în secolul al XVI-lea de producătorii de sticlă venețiene de pe insula Murano . Timp de aproximativ o sută de ani, oglinzile venețiene erau un secret industrial, iar oglinzile foarte scumpe erau un lux pentru câțiva din Europa. În secolul al XVII-lea, prin spionajul tehnologic, tehnica a devenit cunoscută atât în ​​Londra, cât și în Paris. Artizanii parizieni au inovat tehnica industrială reușind să producă oglinzi mult mai ieftine. Oglinzile sunt fabricate în prezent prin depunerea unui strat subțire de metal.

Filmele subțiri din ceramică sunt utilizate pe scară largă. De fapt, duritatea relativ ridicată și rezistența chimică fac ca acest tip de film subțire să fie util pentru protecția materialelor subiacente de coroziune, oxidare și abraziune. În special, straturile de protecție ceramice sunt utilizate pentru a acoperi uneltele de tăiere, acest tratament prelungește foarte mult durata de viață a acestor unelte.

Depunere

Depunerea este procesul de aplicare a unei pelicule subțiri pe o suprafață. În general, în tehnicile de depunere, grosimea filmului este controlată cu o precizie de câțiva nanometri , chiar dacă există tehnici de depunere, cum ar fi epitaxia cu fascicul molecular, care permite controlul în timpul depunerii fiecărui singur strat de atomi.

Tehnicile de depunere sunt împărțite în două mari categorii, în funcție de faptul dacă procesul este în esență chimic sau fizic :

Depunerea chimică

În acest caz, un fluid precursor suferă o schimbare chimică atunci când intră în contact cu suprafața unui solid. Un exemplu din viața de zi cu zi este formarea de funingine pe un obiect rece plasat în interiorul unei flăcări. Pe măsură ce fluidul înconjoară solidul, depunerea are loc pe toate suprafețele, cu o dependență neglijabilă de direcția solidului. Filmele subțiri produse prin depunerea chimică tind să acopere suprafețele în mod uniform: vorbim în general despre depunerea conformă care, prin urmare, tinde și să acopere marginile ascuțite prezente în solidul subiacent, opusul depunerii conforme este depunerea direcțională dificil de obținut în depunerea chimică.

Depunerea chimică este clasificată în raport cu faza precursorului:

• Placarea se bazează pe un precursor lichid, adesea o soluție de apă cu o sare a metalului care trebuie depusă. În unele procese de placare, în general cele cu metale nobile , reacția chimică are loc direct la contactul soluției cu suprafața de placat. Un control mai bun al depunerii se face prin electrodepunere . În acest caz, nu numai solidul (primul electrod) pe care urmează să fie depus filmul este scufundat în soluție, ci și un al doilea electrod, prin aplicarea unei diferențe de potențial adecvate, prin controlul curentului furnizat este posibil să aveți un un bun control asupra filmului de depus. Curentul electric furnizează energia necesară pentru a sparge sarea și a elibera metalul care trebuie depus. În procesele utilizate în microelectronică, tehnica de galvanizare a revenit pentru a fi utilizată cu utilizarea lustruirii chimico-mecanice .

• Depunerea din soluții chimice în acest caz se folosește un lichid precursor format dintr-o pulbere metalorganică dizolvată într-un solvent organic. Aceasta este o tehnică relativ ieftină, simplă, care permite producerea fazelor cristaline cu stoichiometrie ridicată.

• Depunerea chimică a vaporilor ( Depunerea chimică a vaporilor) precursorul este de obicei un gaz, adesea sau o halogenură sau hidrură a elementului care urmează să fie depus. În cazul epitaxiei organometalice în fază de vapori, se folosește un gaz metalorganic . În general, atunci când procesul are loc la presiuni foarte mici ale gazului precursor, există un control mai bun al calității filmelor produse.

• Depunere chimică prin abur la presiune scăzută (Depunere chimică la vapori cu presiune scăzută)

• Depunerea chimică prin abur la presiunea atmosferică (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), acest proces este similar cu omologii săi la presiuni scăzute, dar lucrul la presiunile atmosferice este mai simplu și mai puțin costisitor, iar apoi nell'industia este utilizat pentru producții pe scară largă care nu necesită performanțe ridicate.

• Depunerea chimică sporită a vaporilor din plasmă (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) în această tehnică, gazul care este utilizat ca precursor se află în starea plasmei . În acest caz, o parte din energia necesară condensării peliculei dorite pe suprafața unde trebuie să crească este furnizată de plasmă, ceea ce îi permite să lucreze la temperaturi mai scăzute decât simpla depunere chimică de vapori.

Depunerea fizică

Depunerea fizică folosește mecanica sau termodinamica pentru a produce pelicule subțiri de solide. Un exemplu din viața de zi cu zi este formarea înghețului .

Deoarece majoritatea materialelor create de om sunt ținute împreună de energii relativ ridicate, de natură non-chimică, sistemele comerciale necesită un mediu cu presiune scăzută pentru a funcționa corect și se numește de obicei depunere fizică de vapori .

Materialul care trebuie depus este plasat într-o regiune a camerei de vid (sursă), datorită energiei ridicate dobândite, particulele scapă de la suprafața sursei. În fața sursei se află substratul care răcește particulele care o bombardează, permițând formarea unui strat solid. Sistemul este păstrat în interiorul unei camere de vid, astfel încât să permită depunerii particulelor să se deplaseze liber de la sursă la substrat. Deoarece traiectoria particulelor este de obicei o linie dreaptă, filmul depus tinde să fie direcțional, spre deosebire de depunerea chimică.

Exemple de depunere fizică:

• Evaporarea termică în acest caz, materialul care trebuie evaporat este plasat într-un creuzet al unui metal cu o temperatură de topire ridicată, care este încălzit electric. Dacă temperatura materialului de evaporat este de așa natură încât presiunea sa de vapori devine de ordinul fracțiilor de Pa, materialul se depune pe toate suprafețele la o temperatură mai rece decât camera de vid. Cu această tehnică se pot depune numai materiale cu temperaturi scăzute de topire. Calitatea vidului este un parametru esențial, deoarece, dacă vidul este slab, impuritățile vidului sunt încorporate în filmul evaporat.
• Evaporarea prin fascicul de electroni, în acest caz, un fascicul de electroni foarte energici cu energii de ordinul câtorva keV sunt trimise pe o mică porțiune a materialului care urmează să fie evaporat. Puterile fasciculului de electroni sunt de câteva kW. Fasciculul de electroni este de obicei deviat cu 270 °, prin intermediul unui câmp magnetic adecvat, pentru a evita ca filamentul care emite electronii să fie expus la material pentru a se evapora. Creuzetul în care este conținut materialul care trebuie evaporat este, în general, grafit, care este materialul cunoscut cu cea mai mare temperatură de topire. La rândul său, creuzetul din grafit este conținut într-un radiator de cupru. Cu această tehnică este posibilă și evaporarea materialelor cu o temperatură ridicată de evaporare. Viteza de depunere apare cu ușurință între 0,1 și 10 nm pe secundă.
• Pulverizarea în acest caz creează o plasmă într-un gaz nobil , cum ar fi argonul . Ionii de plasmă pozitivi accelerați de câmpurile electrice prezente local în plasmă bombardează suprafața materialului care urmează să fie evaporat, care este pentru fizica internă a plasmei la un potențial negativ (catod) și extrag mecanic atomii prezenți pe acel electrod. Ținta (ținta) poate fi menținută la temperatură scăzută și prin intermediul acestei tehnici fizice se poate evapora nu numai materiale simple, ci și materiale compuse complexe, care datorită tensiunii diferite de evaporare nu pot fi evaporate termic sau cu pistol de electroni. Descărcarea de plasmă are loc într-un vid mediu ( 1 × 10 ³ Pa - 1 × 10 ^-1 Pa ), aceasta înseamnă că depunerea poate fi atât conformală, cât și direcțională. Această tehnică este utilizată pe scară largă la nivel industrial, de exemplu la fabricarea de CD-uri , DVD-uri și BD-uri . Este o tehnică foarte simplă și permite un control excelent al grosimii.
• Depunerea laser pulsată funcționează prin intermediul unui proces de ablație . Un laser cu putere mare pulsată vaporizează suprafața materialului de pe țintă și se transformă rapid într-o plasmă; această plasmă devine gaz când ajunge la suprafețele substratului.
• Depunerea asistată cu fascicul de ioni : este o depunere cu vapori asistată de implantarea ionilor .

Depunerea fizico-chimică

• Pulverizarea reactivă este un tip de pulverizare care apare într-un amestec de gaz nobil și alte gaze precum oxigenul sau azotul. Materialul este extras din catod datorită bombardării ionilor de gaz nobil și, în drumul său către țintă, reacționează chimic cu gazul din cameră, formând oxizi în cazul oxigenului și nitriților în cazul azotului.
• Epitaxia cu fascicul molecular ( MBE ) în acest caz un jet al unui element este direcționat către substrat, în așa fel încât depunerea metalului să se producă lent prin depunerea unui strat atomic la un moment dat. Cu această tehnică este posibilă fabricarea de materiale speciale și compuse, de exemplu, arsenura de galiu poate fi depusă prin aplicarea unui strat de galiu , apoi unul de arsenic și așa mai departe, procesul este atât chimic, cât și fizic. Jetul de material poate proveni dintr-un cuptor sau dintr-o reacție chimică (în acest caz se numește epitaxie chimică). Această tehnică este realizată în vid foarte mare (de obicei ^10-8 Pa).

Centre de cercetare a filmelor subțiri

Institutul virtual al filmelor nano -VINF este o organizație non-profit care conectează mai multe centre europene de cercetare active în domeniul filmelor subțiri funcționale și a acoperirilor.

Bibliografie

• LI Maissel, R. Glang (eds.) "Handbook of Thin Film Technologie" (1970) McGraw Hill, New York.
• RA Levy (ed.) „Materiale microelectronice și procesate” (1986) Kluwer Academic Publisher.

Elemente conexe

• Film (material)
• Filmul lui Langmuir-Blodgett

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe filme subțiri

linkuri externe

• ( EN ) Film subțire , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul chimiei

Portalul Electromagnetismului