Нанесение распыления

Нанесение распыления представляет собой метод физического осаждения из паровой фазы (PVD) осаждения тонкой пленки распылением . Это включает выталкивание материала из «цели», которая является источником на «подложку», такую как кремниевая пластина. Рекоммпирация - это повторное излучение осажденного материала во время процесса осаждения путем ионной или атомной бомбардировки. Распыленные атомы, выброшенные из мишени, имеют широкое распределение энергии, обычно до десятков эВ (100 000 К). Напыленные ионы (как правило, только небольшая часть выброшенных частиц ионизируются - порядка 1%) могут баллистически летать от мишени по прямым линиям и энергично воздействовать на подложки или вакуумную камеру (вызывая повторное истощение). Альтернативно, при более высоких давлениях газа ионы сталкиваются с атомами газа, которые действуют как замедлитель и движутся диффузно, достигая подложки или стенки вакуумной камеры и конденсируются после прохождения случайного блуждания . Весь диапазон от баллистического воздействия высокой энергии до низкоэнергетического термализованного движения можно получить, изменив давление фонового газа. Распыляющий газ часто представляет собой инертный газ, такой как аргон. Для эффективного переноса импульса атомный вес распыляемого газа должен быть близок к атомному весу мишени, поэтому для распыления легких элементов предпочтительным является неон, тогда как для тяжелых элементов используются криптоны или ксенон. Реактивные газы могут также использоваться для распыления соединений. Соединение может быть образовано на поверхности мишени, в полете или на подложке в зависимости от параметров процесса. Наличие многих параметров, которые контролируют осаждение распыления, делает его сложным процессом, но также позволяет специалистам в значительной степени контролировать рост и микроструктуру пленки.

использование

Одним из самых ранних широко распространенных коммерческих применений осаждения распыления, который по-прежнему остается одним из наиболее важных применений, является производство компьютерных жестких дисков . Распыление широко используется в полупроводниковой промышленности для осаждения тонких пленок различных материалов в интегральную интеграцию . Тонкие антиотражающие покрытия на стекле для оптических применений также осаждаются распылением. Из-за низких температур подложки распыление является идеальным методом для осаждения контактных металлов для тонкопленочных транзисторов . Другим знакомым применением распыления является покрытие с низкой излучательной способностью на стекле , используемое в узлах с двойными стеклами . Покрытие представляет собой многослойный слой, содержащий оксиды серебра и металла, такие как оксид цинка, оксид олова или диоксид титана . Крупная промышленность разработала вокруг инструментального покрытия с использованием напыленных нитридов, таких как нитрид титана , создавая знакомое золотистое твердое покрытие. Распыление также используется в качестве процесса осаждения металлического (например, алюминиевого) слоя во время изготовления компакт-дисков и DVD-дисков.

На поверхностях жестких дисков используется распыленный CrOx и другие напыленные материалы. Распыление является одним из основных процессов изготовления оптических волноводов и является еще одним способом создания эффективных фотогальванических солнечных элементов.

Распылительное покрытие

Покрытие распылением в сканирующей электронной микроскопии представляет собой процесс осаждения распылением для покрытия образца тонким слоем проводящего материала, обычно металла, такого как сплав золота / палладия (Au / Pd). Для предотвращения зарядки образца электронным лучом в обычной SEM-режиме (высокий вакуум, высокое напряжение) требуется проводящее покрытие. Хотя металлические покрытия также полезны для увеличения отношения сигнал / шум (тяжелые металлы являются хорошими вторичными электронными эмиттерами), они имеют низкое качество при использовании рентгеновской спектроскопии . По этой причине при использовании рентгеновской спектроскопии предпочтительным является углеродное покрытие.

Сравнение с другими методами осаждения

Важным преимуществом нанесения напыления является то, что даже материалы с очень высокими температурами плавления легко распыляются, в то время как испарение этих материалов в испарителе сопротивления или кнудсеновской ячейке является проблематичным или невозможным. Пленкодисперсные пленки имеют композицию, близкую к композиции исходного материала. Разница обусловлена тем, что разные элементы распространяются по-разному из-за их различной массы (легкие элементы легче отбрасываются газом), но эта разница постоянна. Напыленные пленки обычно имеют лучшую адгезию на подложке, чем испаренные пленки. Мишень содержит большое количество материала и не требует технического обслуживания, что делает технику пригодной для применения в сверхвысоких вакуумах. Источники распыления не содержат горячих частей (чтобы избежать нагрева, они, как правило, водяного охлаждения) и совместимы с реактивными газами, такими как кислород. Напыление может выполняться сверху вниз, в то время как испарение должно выполняться снизу вверх. Возможны передовые процессы, такие как эпитаксиальный рост.

Некоторые недостатки процесса распыления заключаются в том, что процесс сложнее сочетать с отрывом для структурирования пленки. Это связано с тем, что диффузный транспорт, характерный для распыления, делает невозможной полную тень. Таким образом, нельзя полностью ограничить, куда идут атомы, что может привести к проблемам загрязнения. Кроме того, активное регулирование поэтапного роста затруднено по сравнению с импульсным лазерным осаждением, а инертные распыляющие газы встроены в растущую пленку в качестве примесей. Импульсное лазерное осаждение является вариантом метода напыления, в котором лазерный луч используется для распыления. Роль распыленных и повторно протестированных ионов и фонового газа полностью исследована в процессе импульсного лазерного осаждения.