薄膜堆積とは

薄膜堆積は、ターゲット材料で作られた特定の設計部品に薄いコーティングを適用し、その表面に特定の特性を注入するために、業界で使用される技術です。 薄膜コーティングは、ガラスの光学特性、金属の腐食特性、半導体の電気特性を変化させるために適用されます。 通常、原子または分子を一度に1層ずつ、薄いコーティングが提供する本質的な表面特性を欠く膨大な数の材料に追加するために、いくつかの堆積技術が採用されています。 最小限の体積と重量のコーティングが必要な設計は、液体、気体、またはプラズマのエネルギー環境にターゲット材料をさらす薄膜堆積の恩恵を受けることができます。

最初のミレニアムでは、ミラー用ガラスの反射特性を改善するために、最初の粗金属コーティングが使用されました。 1600年代には、ベネチアのガラス職人によるより洗練されたコーティング技術の開発が行われました。 1800年代まで、電気めっきや真空蒸着などの薄いコーティングを適用する精密な方法は存在しませんでした。

電気めっきは、コーティングされる部品が電極に取り付けられ、金属イオンの導電性溶液に浸される化学堆積の形式です。 電流が溶液に流れると、イオンが部品の表面に引き寄せられ、金属の薄い層がゆっくりと作成されます。 ゾルゲルと呼ばれる半固溶体は、薄膜の化学堆積の別の手段です。 コーティング粒子が十分に小さい限り、それらは層に組織化するのに十分な長さのゲルに懸濁したままであり、乾燥段階で液体画分が除去されたときに均一なコーティングを提供します。

蒸着は薄膜蒸着を作成するための技術であり、通常は部分真空で、励起されたガスまたはプラズマで部品をコーティングします。 真空チャンバー内では、原子と分子が均等に広がり、一貫した純度と厚さのコーティングを作成します。 対照的に、化学蒸着では、部品はガス状のコーティングで覆われた反応チャンバーに配置されます。 ガスはターゲット材料と反応して、所望のコーティング厚を作り出します。 プラズマ蒸着では、コーティングガスは過熱されてイオンの形になり、一般に高圧で部品の原子表面と反応します。

スパッタ堆積では、固体形態の純粋なコーティング材料の供給源は、熱または電子衝撃によって励起されます。 固体ソースの原子の一部は緩み、アルゴンなどの不活性ガス内で部品の表面に均等に浮遊しています。 このタイプの薄膜堆積は、金でスパッタコーティングされ、電子顕微鏡で観察される小さな部品の微細な特徴を見るのに役立ちます。 後の研究のために部品をコーティングする際、金原子は部品の上の固体ソースから取り除かれ、アルゴンガスで満たされたチャンバーを通ってその表面に落ちます。

薄膜堆積の用途は多様であり、拡大しています。 レンズと板ガラスの光学コーティングは、透過、屈折、反射の特性を改善し、処方ガラスに紫外線（UV）フィルターを、額装写真に反射防止ガラスを生成します。 半導体産業では、シリコンウェーハなどの材料のコンダクタンスまたは絶縁性を向上させるために、薄いコーティングを使用しています。 セラミック薄膜は防食性があり、硬く、絶縁性です。 低温では脆いですが、センサー、集積回路、およびより複雑な設計で使用されています。 薄膜を堆積して、バッテリー、太陽電池、ドラッグデリバリーシステム、さらには量子コンピューターなどの超小型の「インテリジェント」構造を形成できます。