Co to jest osadzanie cienkich warstw?
Osadzanie cienkich warstw jest techniką stosowaną w przemyśle do nakładania cienkiej powłoki na określoną część wykonaną z materiału docelowego i do nadania jej powierzchni określonych właściwości. Powłoki cienkowarstwowe stosuje się w celu zmiany właściwości optycznych szkła, właściwości korozyjnych metali i właściwości elektrycznych półprzewodników. Stosuje się kilka technik osadzania, zwykle w celu dodania atomów lub cząsteczek, pojedynczo, do szerokiej gamy materiałów, które nie mają istotnych właściwości powierzchniowych, które zapewniają cienkie powłoki. Każdy projekt, dla którego wymagana jest powłoka o minimalnej objętości i masie, może odnieść korzyści z osadzania cienkiej warstwy, która wystawia docelowy materiał na energetyzowane środowisko cieczy, gazu lub plazmy.
Pierwsze powłoki z surowego metalu zastosowano w pierwszym tysiącleciu, aby poprawić właściwości odbijające szkła do luster. W 1600 roku opracowano bardziej wyrafinowane techniki powlekania przez weneckich producentów szkła. Dopiero w XIX wieku istniały precyzyjne metody nakładania cienkich powłok, takie jak galwanizacja i osadzanie próżniowe.
Galwanizacja jest formą osadzania chemicznego, w której część do powlekania jest przymocowana do elektrody i zanurzona w przewodzącym roztworze jonów metali. Gdy przez roztwór przepływa prąd, jony są przyciągane do powierzchni części, aby powoli tworzyć cienką warstwę metalu. Półstałe roztwory zwane zol-żelami są kolejnym sposobem chemicznego osadzania cienkich warstw. Tak długo, jak cząstki powłoki są wystarczająco małe, pozostaną w zawiesinie w żelu wystarczająco długo, aby zorganizować się w warstwy i zapewnić równomierną powłokę, gdy frakcja ciekła zostanie usunięta w fazie suszenia.
Osadzanie z fazy gazowej to technika tworzenia cienkiej warstwy, w której część jest pokryta energetyzowanym gazem lub plazmą, zwykle w częściowej próżni. W komorze próżniowej atomy i cząsteczki rozkładają się równomiernie i tworzą powłokę o stałej czystości i grubości. Natomiast w przypadku chemicznego osadzania z fazy gazowej część umieszcza się w komorze reakcyjnej zajmowanej przez powłokę w postaci gazowej. Gaz reaguje z materiałem docelowym, tworząc pożądaną grubość powłoki. Podczas osadzania plazmowego gaz powlekający jest przegrzewany do postaci jonowej, która następnie reaguje z powierzchnią atomową części, zwykle przy podwyższonych ciśnieniach.
Podczas osadzania przez rozpylanie źródło czystego materiału powłokowego w postaci stałej jest energetyzowane przez bombardowanie cieplne lub elektronowe. Niektóre atomy źródła stałego są luźne i są zawieszone równomiernie wokół powierzchni części w gazie obojętnym, takim jak argon. Ten rodzaj osadzania cienkich warstw jest użyteczny przy oglądaniu drobnych rysów na małych częściach pokrytych rozpylaniem złota i obserwowanych przez mikroskop elektronowy. Pokrywając część do późniejszych badań, atomy złota są usuwane ze stałego źródła powyżej części i spadają na jej powierzchnię przez komorę wypełnioną gazem argonowym.
Zastosowania osadzania cienkich warstw są różnorodne i rozszerzają się. Powłoki optyczne na soczewkach i szkle płytowym mogą poprawić właściwości przepuszczania, załamania światła i odbicia, wytwarzając filtry ultrafioletowe (UV) w okularach korekcyjnych i szkle antyrefleksyjnym do zdjęć w ramkach. Przemysł półprzewodników stosuje cienkie powłoki, aby zapewnić lepszą przewodność lub izolację dla materiałów takich jak płytki krzemowe. Cienkie warstwy ceramiczne są antykorozyjne, twarde i izolujące; choć kruche w niskich temperaturach, z powodzeniem były stosowane w czujnikach, układach scalonych i bardziej skomplikowanych konstrukcjach. Cienkie filmy można osadzać, tworząc ultra małe „inteligentne” struktury, takie jak baterie, ogniwa słoneczne, systemy dostarczania leków, a nawet komputery kwantowe.