Che cos'è la deposizione di pellicole sottili?
La deposizione di film sottili è una tecnica utilizzata nell'industria per applicare un rivestimento sottile a una particolare parte di design fatta di un materiale target e per infondere la sua superficie con determinate proprietà. I rivestimenti a film sottile vengono applicati per modificare le proprietà ottiche del vetro, le proprietà corrosive dei metalli e le proprietà elettriche dei semiconduttori. Diverse tecniche di deposizione sono impiegate, di solito per aggiungere atomi o molecole, uno strato alla volta, a una vasta gamma di materiali che mancano delle proprietà superficiali essenziali fornite dai rivestimenti sottili. Qualsiasi progetto per il quale è richiesto un rivestimento di volume e peso minimi può trarre vantaggio dalla deposizione di film sottile che espone un materiale bersaglio a un ambiente energizzato di liquido, gas o plasma.
I primi rivestimenti in metallo grezzo sono stati utilizzati nel primo millennio per migliorare le proprietà riflettenti del vetro per specchi. Il 1600 vide lo sviluppo di tecniche di rivestimento più raffinate da parte dei vetrai veneziani. Fino al 1800 non esistevano metodi di precisione per l'applicazione di rivestimenti sottili, come la galvanoplastica e la deposizione sotto vuoto.
La galvanica è una forma di deposizione chimica in cui la parte da rivestire è fissata a un elettrodo e sommersa in una soluzione conduttiva di ioni metallici. Mentre una corrente scorre attraverso la soluzione, gli ioni vengono attirati sulla superficie di una parte per creare lentamente un sottile strato di metallo. Le soluzioni semisolide chiamate sol-gel sono un altro mezzo per la deposizione chimica di film sottili. Finché le particelle di rivestimento sono sufficientemente piccole, rimarranno in sospensione nel gel abbastanza a lungo da organizzarsi in strati e fornire un rivestimento uniforme quando la frazione liquida viene rimossa in una fase di essiccazione.
La deposizione di vapore è una tecnica per creare una deposizione di film sottile in cui una parte è rivestita in un gas o plasma eccitato, di solito in un vuoto parziale. Nella camera del vuoto, atomi e molecole si espandono uniformemente e creano un rivestimento di purezza e spessore costanti. Al contrario, con la deposizione chimica da vapore, la parte viene posta in una camera di reazione occupata dal rivestimento in forma gassosa. Il gas reagisce con il materiale target per creare lo spessore di rivestimento desiderato. Nella deposizione al plasma, il gas di rivestimento viene surriscaldato in una forma ionica che reagisce quindi con la superficie atomica della parte, tipicamente a pressioni elevate.
Nella deposizione di sputtering, una fonte di materiale di rivestimento puro in forma solida viene energizzata dal calore o dal bombardamento di elettroni. Alcuni atomi della fonte solida si staccano e sono sospesi uniformemente intorno alla superficie della parte in un gas inerte, come l'argon. Questo tipo di deposizione di film sottile è utile per visualizzare le caratteristiche di precisione su piccole parti che sono ricoperte di oro e osservate al microscopio elettronico. Nel rivestimento della parte per uno studio successivo, gli atomi d'oro vengono rimossi da una fonte solida sopra la parte e cadono sulla sua superficie attraverso una camera riempita di gas argon.
Le applicazioni della deposizione di film sottili sono diverse e si stanno espandendo. I rivestimenti ottici su lenti e lastre di vetro possono migliorare le proprietà di trasmissione, rifrazione e riflessione, producendo filtri ultravioletti (UV) in occhiali da vista e vetro antiriflesso per foto incorniciate. L'industria dei semiconduttori utilizza rivestimenti sottili per fornire conduttanza o isolamento migliorati per materiali come wafer di silicio. I film sottili ceramici sono anticorrosivi, duri e isolanti; sebbene fragili a basse temperature, sono stati utilizzati con successo in sensori, circuiti integrati e progetti più complessi. I film sottili possono essere depositati per formare strutture “intelligenti” ultra piccole come batterie, celle solari, sistemi di erogazione di farmaci e persino computer quantistici.