薄膜コーティングとは何ですか？

薄膜コーティングは、基材の表面に配置された材料の非常に薄い層です。 厚さは、数マイクロメートル（100万分の1メートル）から1ナノメートル（10億分の1メートル）未満までさまざまです。 薄膜コーティングは、シリコン、セラミック、ヒ化ガリウムなどのさまざまな物質から作成できます。 それらは一般に、太陽光発電に使用される太陽電池などの光学デバイス、電子機器のコンポーネント、および表面損傷に対する耐性を必要とするツールやその他の機器で使用されます。

薄膜コーティングの組成は、その目的に依存します。 太陽光発電で太陽エネルギーを生成するために使用される薄膜コーティングは、シリコンやヒ化ガリウムなどの半導体材料でできています。 これらの材料は、入ってくる光の光子が半導体材料の電子をより高いエネルギーレベルに励起すると、光からエネルギーを電流に変換できます。 これらのコーティングは、集積回路などの電子機器にも使用されています。

半導体薄膜は、多くの場合、さまざまな化学組成を持つ一連の層に適用され、フィルムの特性に影響を与えます。 これらの層は非常に薄くすることができ、一部の薄膜コーティングには1原子の厚さしかない層があります。 したがって、薄膜コーティングは、非常に小さなスペースにさまざまな層の複雑な内部構造を含むことができます。

薄膜セラミックは、摩耗や腐食に強い素材を必要とする用途に使用されます。 たとえば、切削工具は、刃の残りを摩耗から保護するために刃先に薄いセラミックの外層を使用して作られている場合、作業寿命を大幅に延ばすことができます。 燃料電池などの反応性化学物質を使用するデバイスでは、セラミックフィルムの相対的な化学的不活性のために、薄膜セラミックを使用してデバイスを封じ込めることがあります。

薄膜コーティングの他の用途には、リチウムと金属酸化物の薄膜で構成されたカソードで作成できる充電式リチウム電池があり、従来の電池よりもかさばらず、柔軟性の高い電池を製造できます。 ミラーには、通常、現代のミラーではアルミニウムでできた薄い金属膜が含まれており、ガラスの後ろに反射面が作成されています。 薄いアルミニウムフィルムコーティングは、多くの現代の消費財、特に食品の包装にも使用され、傷みやすい商品の貯蔵寿命を延ばし、包装をより輝かしく目立たせます。 アルミニウムフィルムは、特に柔軟性と携帯性を必要とする用途の断熱材としても使用され、宇宙服、消防士の防護服、ショックの犠牲者用の緊急断熱ブランケットなどに組み込まれています。

薄膜コーティングは、集合的に薄膜堆積と呼ばれるいくつかの手法の1つを介して表面に適用されます。 これらの方法のほとんどは、表面と前駆体と呼ばれる流体との間の化学反応によって薄膜が適用される化学堆積、または機械的、熱的または電気的手段によって適用される物理堆積のいずれかに分類されます。 。 化学蒸着の方法には、溶解した金属イオンを含む液体前駆体溶液を使用するめっき、および表面が気体化合物と反応する化学蒸着が含まれます。

堆積の物理的方法は、基板と物質を含む真空チャンバー内で実行されます。 後者の粒子は、加熱、レーザーパルス、電気アークなどのさまざまな手段によって打ち落とされ、基板上に膜を形成する蒸気を生成します。 反応性スパッタリングや分子線エピタキシーなど、物理的プロセスと化学的プロセスの両方を使用し、どちらのカテゴリーにもきちんと適合しない方法もあります。