Co to jest stres cienkowarstwowy?
Naprężenie cienkowarstwowe odnosi się do szeregu niedoskonałości strukturalnych, które powodują degradację lub uszkodzenie mikroskopijnych warstw materiału optycznego lub przewodzącego. Nieprawidłowo wyprodukowana lub nałożona na produkt folia może powodować wiele problemów. W przypadku warstw o grubości zaledwie kilku atomów nieplanowane interakcje między materiałami mogą mieć wyraźny wpływ na wydajność filmu. Ze względu na tak wiele czynników może wystąpić kilka kluczowych rodzajów naprężeń cienkowarstwowych. Należą do nich naprężenie epitaksjalne, naprężenie termiczne i naprężenie wzrostu, a także inne procesy deformacji.
Przyjęcie technologii cienkowarstwowej stanowi wyzwanie dla rozwoju procesów wytwarzania i osadzania w celu dostosowania do szerokiego asortymentu produktów. Technologie domowe i naukowe opierają się na cienkiej warstwie przy wielu zastosowaniach w zakresie długości fali światła, takich jak komponenty optyczne w kopiarkach, skanerach i cienkich warstwach paneli słonecznych. Produkty mogą również korzystać z ulepszeń materiałów cienkowarstwowych, takich jak odporność na zarysowania lub uderzenia. Cienka folia manipuluje właściwościami długości fali i przewodnictwa oraz rozszerza możliwości wielu technologii. Różnorodne wyzwania związane z produkcją i osadzaniem stanowią ruchomy cel w zakresie innowacji i udoskonalania.
Naprężenie cienkiej powłoki wynika między innymi z problemów związanych z osadzaniem, procesów termicznych i technologii laserowych. Zasadniczo cienką folię wytwarza się metodami, które mają unikalne cechy, zalety i wady. Film może pękać lub pustkować, a czasem unosi się z podłoża, podczas gdy inne procesy mogą zakłócać takie cechy, jak odporność na wilgoć lub utlenianie.
Epitaksjalne naprężenie cienkowarstwowe występuje, gdy sieci krystaliczne w warstwie idealnie dopasowują się do tych w podłożu lub materiale nośnym. Nieprzystosowany stres powstaje, gdy film i materiał stają się pojedynczym kryształem. Naprężenie termiczne wynika z różnic temperatur pod wpływem rozszerzalności cieplnej. Ten rodzaj stresu często występuje w urządzeniach podlegających zmianom temperatury lub ekstremom.
Wzrost naprężeń cienkowarstwowych, inaczej zwanych naprężeniami wewnętrznymi, ulega deformacji w wyniku niespójności podczas procesu osadzania. Naprężenie zwykle powstaje, gdy grubość warstwy jest nierównomiernie ułożona. Różne stany mogą występować w wyniku różnic kompresji, napięcia lub relaksacji w koalescencji kryształów.
Innym rodzajem naprężeń cienkowarstwowych jest naprężenie powierzchniowe. Występuje jako jednostka siły na jednostkę długości podczas osadzania. Ten typ kontrastuje z energią powierzchniową, która jest równowagą temperatury lub reakcji chemicznej na jednostkowej powierzchni. Granice ziarna mogą generować naprężenia, ponieważ kryształy wykazują ograniczoną elastyczność w swoich oddziaływaniach.
W wyniku naprężeń cienkowarstwowych efekty ogólnie mogą zmienić wydajność cienkiej folii, nierównomiernie ją odkształcając na jej powierzchni. Niezbędne jest zrozumienie i stworzenie pożądanych zmian naprężeń w ramach danej temperatury lub właściwości materiału cienkiej folii. Takie czynniki współdziałają z innymi procesami kontrolnymi, takimi jak temperatury i przepływy gazu, w celu uzyskania dokładności docelowych w produkcji cienkich warstw. Równoważenie tych procesów może zminimalizować destrukcyjne zakłócenia i zoptymalizować wydajność tej mikroskopijnej technologii.