Что такое осаждение тонких пленок?

Осаждение тонких пленок - это технология, используемая в промышленности для нанесения тонкого покрытия на конкретную деталь конструкции из целевого материала и придания его поверхности определенных свойств. Тонкопленочные покрытия применяются для изменения оптических свойств стекла, коррозионных свойств металлов и электрических свойств полупроводников. Несколько методов осаждения используются, как правило, для добавления атомов или молекул, по одному слою за один раз, к огромному массиву материалов, которые не имеют необходимых поверхностных свойств, которые обеспечивают тонкие покрытия. Любая конструкция, для которой требуется покрытие минимального объема и веса, может извлечь выгоду из осаждения тонких пленок, которое подвергает целевой материал воздействию энергичной среды жидкости, газа или плазмы.

Первые сырые металлические покрытия использовались в первом тысячелетии для улучшения отражающих свойств стекла для зеркал. В 1600-х годах венецианские производители стекла разработали более совершенные методы нанесения покрытий. Лишь в 1800-х годах появились точные методы нанесения тонких покрытий, такие как гальваника и вакуумное напыление.

Гальваническое покрытие представляет собой форму химического осаждения, при которой покрываемая часть прикрепляется к электроду и погружается в проводящий раствор ионов металлов. Когда ток проходит через раствор, ионы притягиваются к поверхности детали, чтобы медленно создать тонкий слой металла. Полутвердые растворы, называемые золь-гелями, являются еще одним средством химического осаждения тонких пленок. Пока частицы покрытия достаточно малы, они будут оставаться в суспензии в геле достаточно долго, чтобы организоваться в слои и обеспечить равномерное покрытие, когда жидкая фракция удаляется в фазе сушки.

Осаждение из паровой фазы - это метод создания тонкопленочного осаждения, при котором деталь покрывается энергичным газом или плазмой, обычно в частичном вакууме. В вакуумной камере атомы и молекулы распределяются равномерно и создают покрытие одинаковой чистоты и толщины. Напротив, при химическом осаждении из паровой фазы деталь помещается в реакционную камеру, занятую покрытием в газообразной форме. Газ реагирует с целевым материалом, создавая желаемую толщину покрытия. При плазменном осаждении газ покрытия перегревается до ионной формы, которая затем реагирует с атомной поверхностью детали, обычно при повышенных давлениях.

При осаждении распылением источник чистого материала покрытия в твердой форме возбуждается тепловым или электронным облучением. Некоторые атомы твердого источника высвобождаются и равномерно подвешиваются на поверхности детали в инертном газе, таком как аргон. Этот тип осаждения тонких пленок полезен при просмотре мелких деталей на небольших деталях, покрытых напылением золота, и наблюдаемых с помощью электронного микроскопа. При покрытии детали для дальнейшего изучения атомы золота вытесняются из твердого источника над деталью и падают на ее поверхность через камеру, заполненную газообразным аргоном.

Применения нанесения тонких пленок разнообразны и расширяются. Оптические покрытия на линзах и листовом стекле могут улучшить свойства пропускания, преломления и отражения, создавая ультрафиолетовые (УФ) фильтры в рецептурных очках и антибликовое стекло для фотографий в кадрах. В полупроводниковой промышленности используются тонкие покрытия для улучшения проводимости или изоляции таких материалов, как кремниевые пластины. Керамические тонкие пленки являются антикоррозийными, твердыми и изолирующими; хотя они и хрупкие при низких температурах, они успешно используются в датчиках, интегральных схемах и более сложных конструкциях. Тонкие пленки могут быть нанесены для формирования ультрамалых «интеллектуальных» структур, таких как батареи, солнечные элементы, системы доставки лекарств и даже квантовые компьютеры.