Ohutkalvopäällystys on tekniikka, jossa hyvin ohutta materiaalikalvoa – muutamasta nanometristä noin 100 mikrometriin eli muutaman atomin paksuuden verran – levitetään pinnoitettavalle ”substraatin” pinnalle tai aiemmin pinnoitetulle pinnoitteelle kerrosten muodostamiseksi. Ohutkalvopäällystyksen valmistusprosessit ovat nykypäivän puolijohdeteollisuuden, aurinkopaneelien, CD-levyjen, levyasemien ja optisten laitteiden teollisuuden ytimessä.
Ohutkalvopäällystys jaetaan tavallisesti kahteen laajaan kategoriaan, jotka ovat kemiallinen laskeutus (Chemical Deposition) ja fysikaalinen höyrylaskeutus (Physical Vapor Deposition) -pinnoitusjärjestelmät.
Kemiallisesta laskeutuksesta on kyse silloin, kun haihtuvan nesteen esiaste saa aikaan kemiallisen muutoksen pinnalla, jolloin pinnoitteesta jää kemiallinen laskeuma. Esimerkkinä voidaan mainita Chemical Vapor Deposition eli CVD, jota käytetään nykyään puolijohdeteollisuuden puhtaimpien ja suorituskykyisimpien kiinteiden materiaalien tuottamiseen.
Fysikaalisella höyrypinnoituksella tarkoitetaan laajaa valikoimaa tekniikoita, joissa materiaali vapautuu lähteestä ja laskeutuu substraatille mekaanisten, sähkömekaanisten tai termodynaamisten prosessien avulla. Kaksi yleisintä fysikaalisen höyrystyksen eli PVD:n tekniikkaa ovat terminen haihduttaminen ja sputterointi.
Terminen haihduttaminen
Termisen haihdutusprosessin
Termisessä haihduttamisessa kuumennetaan substraatin päällystämiseen käytettävää kiinteää materiaalia korkeassa alipaineessa sijaitsevassa kammiossa niin kauan, että se alkaa kiehua ja höyrystyä tuottaen höyrynpainetta. Tyhjiöpinnoituskammion sisällä suhteellisen alhainenkin höyrynpaine riittää muodostamaan höyrypilven. Tämä höyrystynyt materiaali muodostaa nyt höyryvirran, jonka tyhjiö sallii kulkea ilman, että se reagoi tai hajoaa muihin atomeihin. Se kulkee kammion läpi ja osuu substraattiin tarttuen siihen pinnoitteena tai ohuena kalvona.
Lähdemateriaalin lämmittämiseen on kaksi ensisijaista menetelmää termisen haihdutuksen aikana. Toinen tunnetaan nimellä Filamenttihaihdutus, koska se toteutetaan yksinkertaisella sähköisellä lämmityselementillä tai hehkulangalla. Toinen yleinen lämmönlähde on elektronisuihkuhaihdutus tai E-Beam Evaporation, jossa elektronisuihku kohdistetaan lähdemateriaaliin haihduttaakseen sen ja siirtyäkseen kaasufaasiin.
Ohutkalvohaihdutusjärjestelmät voivat tarjota etuja, jotka liittyvät suhteellisen korkeisiin laskeutumisnopeuksiin, reaaliaikaiseen nopeuden ja paksuuden säätöön sekä (sopivalla fyysisellä konfiguraatiolla) hyvään haihdutusvirran suunnan säätöön prosesseissa, kuten Lift Off, jolla voidaan saada aikaan suoria kuviopinnoitteita.
Sputterointi
Sputteroinnissa kohdemateriaalia pommitetaan suurienergisillä hiukkasilla, jotka on tarkoitus laskea substraatille, kuten piikiekolle tai aurinkopaneelille. Pinnoitettavat substraatit asetetaan tyhjiökammioon, joka sisältää inerttiä kaasua – tavallisesti argonia – ja negatiivinen sähkövaraus asetetaan pinnoitettavaan kohdemateriaaliin, mikä saa kammion plasman hehkumaan.
Atomeja ”sputteroidaan” kohteesta törmäämällä argonkaasun atomien kanssa, jolloin nämä hiukkaset kulkeutuvat tyhjiökammion poikki, ja ne laskeutuvat pinnoitettavaksi ohueksi kalvoksi. Plasmahöyrypinnoitusjärjestelmissä käytetään laajalti useita eri menetelmiä, mukaan lukien ionisuihku- ja ioniavusteinen sputterointi, reaktiivinen sputterointi happikaasuympäristössä, kaasuvirtaus ja magnetronisputterointi.
Magnetronisputterointi
sputterointiprosessista
Magnetronisputteroinnissa käytetään magneetteja vangitsemaan elektroneja negatiivisesti varautuneen kohdemateriaalin yläpuolelle, jotta ne eivät pääse vapaasti pommittamaan substraattia, mikä estää päällystettävää kohdetta ylikuumenemasta tai vahingoittumasta ja mahdollistaa nopeamman ohutkalvojen kerrostumisnopeuden. Magnetronisputterointijärjestelmät on tyypillisesti konfiguroitu ”In-line” -järjestelmiksi, joissa substraatit kulkevat kohdemateriaalin ohi jonkinlaisella kuljetinhihnalla, tai pyöreiksi pienemmissä sovelluksissa. Niissä käytetään useita menetelmiä korkean energiatilan aikaansaamiseksi, mukaan lukien tasavirta (DC), vaihtovirta (AC) ja radiotaajuus (RF) magnetronilähteet.
Vertailtuna termiseen haihduttamiseen, jossa käytetään tavanomaisempia lämmityslämpötiloja, sputterointi tapahtuu plasman ”neljännen luonnontilan” ympäristössä, jossa on paljon korkeammat lämpötilat ja kineettiset energiat, jotka mahdollistavat paljon puhtaamman ja täsmällisemmän ohutkalvojen laskeutumisen atomitasolla.
Se, mikä lähestymistapa on oikea valinta omiin ohutkalvopinnoitusjärjestelmän tarpeisiisi, voi riippua monista monitahoisista tekijöistä – ja samankaltaisiin päämääriin voidaan päästä useammalla kuin yhdellä lähestymistavalla. Haluat aina saada apua pätevältä tyhjiötekniikan asiantuntijalta, joka arvioi tarkat tarpeesi ja tarjoaa sinulle optimaalisen lopputuloksen parhaaseen hintaan.
Matt Hughes on Semicore Equipment Inc:n toimitusjohtaja. Semicore Equipment Inc on johtava maailmanlaajuinen elektroniikka-, aurinkoenergia-, optisen-, lääketieteellisen-, sotilas-, auto- ja vastaavien huipputekniikkateollisuuden sputterointilaitteiden toimittaja. Anna avuliaan tukihenkilöstömme vastata kaikkiin kysymyksiisi, jotka koskevat ”Mitä on ohutkalvopäällystys?” ja parhaiden tekniikoiden käyttöönottoa erityisiin ohutkalvohöyrystyslaitteistotarpeisiisi, ottamalla meihin yhteyttä osoitteessa [email protected] tai soittamalla numeroon 925-373-8201.
Uutiset ja artikkelit
Mitä on ohutkalvopäällystys termisellä haihduttamismenetelmällä?
Yksi yleisimmistä fysikaalisen höyrynkehysteisen pinnoituksen (PVD, Physical Vapour Deposition, PVD) menetelmistä on terminen haihdutus. Kyseessä on ohutkalvopäällystyksen muoto, joka on tyhjiötekniikka puhtaiden materiaalien pinnoitteiden levittämiseksi erilaisten esineiden pinnalle…. Lue lisää
Mitä on sputterointi?
Sputterointi on ohutkalvopäällystyksen valmistusprosessi, joka on nykypäivän puolijohdeteollisuuden, levyasemien, CD-levyjen ja optisten laitteiden ytimessä. Atomitasolla sputterointi on prosessi, jossa atomeja sinkoutuu kohteesta tai lähdemateriaalista, joka on tarkoitus laskea substraatille – kuten piikiekolle, aurinkopaneelille tai optiselle laitteelle – suurienergiaisten hiukkasten pommittamana kohteeseen … Lue lisää
Mikä on PVD-pinnoitus?
Fysikaalinen höyrypinnoitus – tunnetaan myös nimellä PVD-pinnoitus – tarkoittaa erilaisia ohutkalvopinnoitustekniikoita, joissa kiinteä metalli höyrystetään korkeassa tyhjiöympäristössä ja pinnoitetaan sähköä johtaviin materiaaleihin puhtaana metalli- tai seospinnoitteena. Koska prosessissa pinnoitemateriaali siirretään yhden atomin tai molekyylin tasolla, sillä voidaan saada aikaan erittäin puhtaita ja suorituskykyisiä pinnoitteita, jotka ovat monissa sovelluksissa paljon parempia kuin galvanointi….. Lue lisää
Steve Penny SEO