Vad är tunnfilmbeläggningar?
Tunna filmbeläggningar är extremt tunna lager av material som placeras på ytan av substratet. De kan variera i tjocklek från flera mikrometer, eller miljondels meter, till mindre än 1 nanometer, eller en miljarddels meter. Tunna filmbeläggningar kan tillverkas av olika ämnen, inklusive kisel, keramik och galliumarsenid. De används ofta i optiska enheter som fotovoltaiska celler som används för solenergiproduktion, för komponenter för elektronik och i verktyg och annan utrustning som kräver motstånd mot ytskador.
Sammansättningen av en tunnfilmbeläggning beror på dess syfte. Tunna filmbeläggningar som används i fotovoltaiska celler för att generera solenergi är tillverkade av halvledande material såsom kisel och galliumarsenid. Dessa material kan omvandla energi från ljus till elektrisk ström när inkommande ljusfotoner väcker halvledarmaterialets elektroner till högre energinivåer. Dessa beläggningar används också inom elektronik, såsom integrerade kretsar.
Halvledande tunnfilmer appliceras ofta i en serie skikt med olika kemiska kompositioner för att påverka filmens egenskaper. Dessa lager kan vara otroligt tunna, och vissa tunnfilmbeläggningar har lager som bara är en enda tjock atom. Således kan en tunnfilmbeläggning innehålla en komplex inre struktur med varierande lager i ett extremt litet utrymme.
Tunnfilmskeramik används i applikationer som kräver material som är resistenta mot slitage eller korrosion. Skärverktyg kan till exempel ha kraftigt utökade livslängder om de är gjorda med ett tunt keramiskt yttre lager på skärkanten för att skydda resten av bladet från slitage. Enheter som använder reaktiva kemikalier, som bränsleceller, kan använda tunnfilmkeramik för att innehålla dem på grund av keramikfilmens relativa kemiska inertitet.
Andra användningar av tunnfilmbeläggningar inkluderar laddningsbara litiumbatterier, som kan tillverkas med en katod som består av en tunn film av litium- och metalloxider för att producera batterier som är mycket mindre skrymmande och mer flexibla än konventionella batterier. Speglar innehåller en tunn metallfilm, vanligtvis gjord av aluminium i moderna speglar, bakom glas för att skapa en reflekterande yta. Tunna aluminiumfilmbeläggningar används också i förpackningen av många moderna konsumtionsvaror, särskilt livsmedel, för att öka hållbarheten för förgängliga artiklar och göra förpackningen blankare och mer synlig. Aluminiumfilmer används också som isolering, särskilt för applikationer som kräver flexibilitet och bärbarhet, och de är integrerade i sådana saker som rymddräkter, brandmänskyddskläder och nödisolerande filtar för chockoffer.
Tunnfilmbeläggningar appliceras på en yta genom en av flera tekniker som tillsammans kallas tunnfilmsavlagring. De flesta av dessa metoder kategoriseras som antingen kemisk avsättning, i vilken den tunna filmen appliceras genom en kemisk reaktion mellan ytan och en vätska som kallas en föregångare, eller fysisk avsättning, i vilken filmen appliceras genom mekaniska, termiska eller elektriska medel . Metoder för kemisk avsättning inkluderar plätering, som använder en flytande prekursorlösning innehållande upplösta metalljoner, och kemisk ångavsättning, i vilken ytan reagerar med gasformiga föreningar.
Fysiska avsättningsmetoder utförs i en vakuumkammare innehållande substratet och ämnet. De senare partiklarna slås av på olika sätt, såsom uppvärmning, laserpulser eller elektriska bågar, vilket skapar en ånga som bildar en film på underlaget. Det finns också metoder som använder både fysiska och kemiska processer och som inte passar fint in i någon av kategorierna, såsom reaktiv sputtring och molekylstråleepitaxi.