Was ist Dünnschichtabscheidung?
Dünnschichtabscheidung ist eine in der Industrie verwendete Technik, um eine dünne Beschichtung auf ein bestimmtes Designteil aus einem Targetmaterial aufzubringen und dessen Oberfläche mit bestimmten Eigenschaften zu infundieren. Dünnfilmbeschichtungen werden angewendet, um die optischen Eigenschaften von Glas, die korrosiven Eigenschaften von Metallen und die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern zu verändern. Es werden verschiedene Abscheidungstechniken angewendet, um Atome oder Moleküle in der Regel Schicht für Schicht zu einer Vielzahl von Materialien hinzuzufügen, denen die für dünne Beschichtungen wesentlichen Oberflächeneigenschaften fehlen. Jedes Design, für das eine Beschichtung mit minimalem Volumen und Gewicht erforderlich ist, kann von einer Dünnfilmabscheidung profitieren, bei der ein Targetmaterial einer angeregten Umgebung aus Flüssigkeit, Gas oder Plasma ausgesetzt wird.
Die ersten Rohmetallbeschichtungen wurden im ersten Jahrtausend eingesetzt, um die Reflexionseigenschaften von Glas für Spiegel zu verbessern. In den 1600er Jahren entwickelten die venezianischen Glashersteller verfeinerte Beschichtungstechniken. Erst im 19. Jahrhundert gab es Präzisionsverfahren zum Aufbringen dünner Beschichtungen wie Galvanisieren und Vakuumabscheidung.
Galvanisieren ist eine Form der chemischen Abscheidung, bei der das zu beschichtende Teil an einer Elektrode befestigt und in eine leitfähige Lösung von Metallionen getaucht wird. Während ein Strom durch die Lösung fließt, werden die Ionen an die Oberfläche eines Teils gezogen, um langsam eine dünne Metallschicht zu erzeugen. Halbfeste Lösungen, sogenannte Sol-Gele, sind ein weiteres Mittel zur chemischen Abscheidung dünner Filme. Solange die Beschichtungspartikel klein genug sind, bleiben sie lange genug im Gel suspendiert, um sich in Schichten zu organisieren und eine gleichmäßige Beschichtung zu liefern, wenn die flüssige Fraktion in einer Trocknungsphase entfernt wird.
Das Aufdampfen ist eine Technik zum Erzeugen einer Dünnfilmabscheidung, bei der ein Teil in einem angeregten Gas oder Plasma, üblicherweise in einem Teilvakuum, beschichtet wird. In der Vakuumkammer verteilen sich Atome und Moleküle gleichmäßig und bilden eine Schicht von gleichbleibender Reinheit und Dicke. Im Gegensatz dazu wird das Teil bei der chemischen Gasphasenabscheidung in eine Reaktionskammer gegeben, die von der Beschichtung in gasförmiger Form eingenommen wird. Das Gas reagiert mit dem Targetmaterial, um die gewünschte Beschichtungsdicke zu erzeugen. Bei der Plasmaabscheidung wird das Beschichtungsgas in eine ionische Form überhitzt, die dann mit der Atomoberfläche des Teils reagiert, typischerweise bei erhöhten Drücken.
Bei der Zerstäubungsabscheidung wird eine Quelle von reinem Beschichtungsmaterial in fester Form durch Wärme oder Elektronenbeschuss erregt. Einige der Atome der festen Quelle lösen sich und sind in einem Inertgas wie Argon gleichmäßig um die Oberfläche des Teils herum suspendiert. Diese Art der Dünnfilmabscheidung eignet sich zum Betrachten feiner Merkmale auf kleinen Teilen, die mit Gold durch Sputtern beschichtet sind und durch ein Elektronenmikroskop beobachtet werden. Beim Beschichten des Teils für spätere Untersuchungen werden Goldatome aus einer festen Quelle über dem Teil entfernt und fallen durch eine mit Argongas gefüllte Kammer auf seine Oberfläche.
Die Anwendungen der Dünnschichtabscheidung sind vielfältig und haben zugenommen. Optische Beschichtungen auf Linsen und Flachglas können die Eigenschaften von Transmission, Brechung und Reflexion verbessern und Ultraviolett (UV) -Filter in Korrekturbrillen und Antireflexglas für gerahmte Fotos erzeugen. Die Halbleiterindustrie verwendet dünne Beschichtungen, um eine verbesserte Leitfähigkeit oder Isolation für Materialien wie Siliziumwafer bereitzustellen. Keramische Dünnfilme sind korrosionsbeständig, hart und isolierend. Obwohl sie bei niedrigen Temperaturen spröde sind, wurden sie erfolgreich in Sensoren, integrierten Schaltkreisen und komplexeren Konstruktionen eingesetzt. Dünne Filme können abgeschieden werden, um ultrakleine „intelligente“ Strukturen wie Batterien, Solarzellen, Arzneimittelabgabesysteme und sogar Quantencomputer zu bilden.