Was ist Dünnschichtstress?
Dünnschichtspannung bezieht sich auf eine Reihe von strukturellen Mängeln, die zur Verschlechterung oder zum Versagen von mikroskopischen Schichten aus optischem oder leitendem Material führen. Eine beliebige Anzahl von Problemen kann auftreten, wenn der Film nicht ordnungsgemäß hergestellt oder auf ein Produkt aufgebracht wird. Bei Schichten, die manchmal nur wenige Atome dick sind, können ungeplante Wechselwirkungen zwischen Materialien einen deutlichen Einfluss auf die Leistung des Films haben. In Anbetracht dieser vielen Einflüsse können verschiedene wichtige Arten von Dünnschichtspannungen auftreten. Dazu gehören epitaktische Beanspruchung, thermische Beanspruchung und Wachstumsbeanspruchung sowie andere Verformungsprozesse.
Die Einführung der Dünnschichttechnologie fordert die Entwicklung von Herstellungs- und Abscheidungsprozessen heraus, um ein breites Produktsortiment zu berücksichtigen. Haushalts- und wissenschaftliche Technologien stützen sich bei einer Vielzahl von Lichtwellenlängenanwendungen auf Dünnfilme, beispielsweise bei optischen Komponenten in Kopierern, Scannern und Dünnfilmsolarmodulen. Produkte können auch von Verbesserungen des Dünnfilmmaterials wie Kratz- oder Schlagfestigkeit profitieren. Dünnschicht manipuliert Wellenlängen- und Leitfähigkeitseigenschaften und erweitert die Fähigkeiten zahlreicher Technologien. Die vielfältigen Herausforderungen bei Herstellung und Abscheidung bieten ein bewegliches Ziel für Innovation und Verfeinerung.
Dünnfilmbeanspruchung resultiert unter anderem aus Abscheidungsproblemen, thermischen Prozessen und Lasertechnologien. Im Allgemeinen wird ein Dünnfilm unter Verwendung von Verfahren hergestellt, die einzigartige Eigenschaften, Stärken und Mängel aufweisen. Der Film kann reißen oder leer werden und löst sich manchmal von seinem Trägermedium, während andere Prozesse die Eigenschaften wie Feuchtigkeitsbeständigkeit oder Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigen können.
Epitaxiale Dünnfilmspannung tritt auf, wenn Kristallgitter in einem Film perfekt auf denen im Substrat oder Trägermaterial ausgerichtet sind. Eine Fehlpassungsspannung ergibt sich, wenn der Film und das Material ein Einkristall werden. Die thermische Belastung ergibt sich aus Temperaturunterschieden unter dem Einfluss der Wärmeausdehnung. Diese Art von Beanspruchung tritt häufig bei Geräten auf, die Temperaturänderungen oder extremen Temperaturen ausgesetzt sind.
Wachstumsdünnschichtspannungen, auch als Eigenspannungen bekannt, entstehen durch Inkonsistenzen während des Abscheidungsprozesses. Eine Spannung entsteht typischerweise, wenn die Filmdicke ungleichmäßig geschichtet wurde. Verschiedene Zustände können durch Druck-, Zug- oder Relaxationsunterschiede beim Zusammenwachsen von Kristallen auftreten.
Eine andere Art von Dünnschichtspannung ist als Oberflächenspannung bekannt. Sie tritt als Krafteinheit pro Längeneinheit während der Abscheidung auf. Dieser Typ steht im Gegensatz zur Oberflächenenergie, bei der es sich um das Gleichgewicht von Temperatur oder chemischer Reaktion auf einer Flächeneinheit handelt. Korngrenzen können zu Spannungen führen, da Kristalle in ihren Wechselwirkungen nur eine begrenzte Flexibilität aufweisen.
Infolge von Dünnfilmbelastung können Effekte im Allgemeinen die Leistung des Dünnfilms verändern und ihn uneinheitlich über seine Oberfläche verformen. Es ist wichtig, die gewünschten Spannungsschwankungen innerhalb der vorgegebenen Temperatur- oder Materialeigenschaften eines Dünnfilms zu verstehen und zu erzeugen. Solche Faktoren wirken mit anderen Regelungsprozessen wie Temperaturen und Gasströmen zusammen, um Zielgenauigkeiten bei der Dünnschichtherstellung zu erzielen. Durch das Ausbalancieren dieser Prozesse können destruktive Interferenzen minimiert und die Leistung dieser mikroskopischen Technologie optimiert werden.