Co to jest rozpylanie?
Rozpylanie jest metodą osadzania bardzo cienkich warstw materiału na powierzchni przez bombardowanie materiału źródłowego w szczelnej komorze elektronami lub innymi cząstkami energetycznymi w celu wyrzucenia atomów źródła jako formy aerozolu, który następnie osadza się na wszystkich powierzchniach w komorze . Proces ten może osadzać bardzo cienkie warstwy filmów aż do skali atomowej, ale ma również tendencję do powolności i najlepiej jest go stosować na małych powierzchniach. Zastosowania obejmują powlekanie próbek biologicznych do obrazowania w skaningowych mikroskopach elektronowych (SEM), osadzanie cienkich warstw w przemyśle półprzewodników oraz nakładanie powłok na zminiaturyzowaną elektronikę. Przemysł nanotechnologiczny w badaniach w medycynie, informatyce i materiałoznawstwie często opiera się na napylaniu jonowym podczas projektowania nowych kompozytów i urządzeń w skali nanometrycznej lub miliardowej metra.
Powszechnie stosuje się kilka różnych metod napylania, w tym napylanie gazowe, reaktywne i rozpylanie magnetronowe. Wiązka jonowa i rozpylanie jonowe są również szeroko stosowane ze względu na różnorodność chemikaliów, które mogą istnieć w stanie jonowym. Rozpylanie magnetronowe jest dalej dzielone na zastosowania prądu stałego (DC), prądu przemiennego (AC) i częstotliwości radiowych (RF).
Rozpylanie magnetronowe polega na umieszczeniu pola magnetycznego wokół materiału źródłowego, który zostanie użyty do osadzania warstw na celu. Komora jest następnie napełniana gazem obojętnym, takim jak argon. Ponieważ materiał źródłowy jest ładowany elektrycznie prądem przemiennym lub stałym, wyrzucane elektrony są uwięzione w polu magnetycznym i ostatecznie oddziaływują z gazem argonowym w komorze, tworząc jony energetyczne złożone zarówno z argonu, jak i materiału źródłowego. Jony te następnie uciekają z pola magnetycznego i uderzają w materiał docelowy, powoli osadzając cienką warstwę materiału źródłowego na jego powierzchni. W tym przypadku stosuje się rozpylanie fal radiowych w celu osadzenia kilku odmian warstewek tlenków na izolujących obiektach, zmieniając szybko napięcie elektryczne między celem i źródłem.
Rozpylanie wiązki jonów działa bez źródła wymagającego pola magnetycznego. Jony wyrzucane z materiału źródłowego oddziałują z elektronami ze źródła wtórnego, tak że bombardują cel neutralnymi atomami. To sprawia, że system rozpylania jonów jest w stanie pokryć zarówno przewodzące, jak i izolujące docelowe materiały i części, takie jak głowice cienkich warstw do komputerowych dysków twardych.
Reaktywne maszyny do rozpylania opierają się na reakcjach chemicznych między materiałem docelowym a gazami, które są pompowane do próżni komorowej. Bezpośrednia kontrola warstw osadzania odbywa się poprzez zmianę ciśnienia i ilości gazów w komorze. Folie stosowane w komponentach optycznych i ogniwach słonecznych są często wytwarzane podczas rozpylania reaktywnego, ponieważ stechiometrię lub szybkość reakcji chemicznej można dokładnie kontrolować.