La deposizione di film sottile è la tecnologia di applicazione di un film molto sottile di materiale – da pochi nanometri a circa 100 micrometri, o lo spessore di pochi atomi – su una superficie “substrato” da rivestire, o su un rivestimento precedentemente depositato per formare strati. I processi di produzione della deposizione di film sottile sono il cuore dell’industria dei semiconduttori di oggi, dei pannelli solari, dei CD, delle unità disco e dei dispositivi ottici.
La deposizione di film sottile è solitamente divisa in due grandi categorie – la deposizione chimica e i sistemi di rivestimento della deposizione fisica del vapore.
La deposizione chimica è quando un precursore fluido volatile produce un cambiamento chimico su una superficie lasciando un rivestimento depositato chimicamente. Un esempio è la Deposizione Chimica da Vapore o CVD usata per produrre i materiali solidi più puri e ad alte prestazioni nell’industria dei semiconduttori oggi.
La Deposizione Fisica da Vapore si riferisce a una vasta gamma di tecnologie in cui un materiale viene rilasciato da una fonte e depositato su un substrato usando processi meccanici, elettromeccanici o termodinamici. Le due tecniche più comuni di Physical Vapor Deposition o PVD sono l’evaporazione termica e lo sputtering.
Evaporazione termica
processo di evaporazione termica
L’evaporazione termica comporta il riscaldamento di un materiale solido che sarà usato per rivestire un substrato all’interno di una camera a vuoto spinto fino a quando inizia a bollire ed evapora producendo pressione del vapore. All’interno della camera di deposizione sotto vuoto, anche una pressione di vapore relativamente bassa è sufficiente a sollevare una nuvola di vapore. Questo materiale evaporato costituisce ora una corrente di vapore che il vuoto permette di viaggiare senza reagire o disperdersi contro altri atomi. Attraversa la camera e colpisce il substrato, attaccandosi ad esso come un rivestimento o un film sottile.
Ci sono due metodi primari per riscaldare il materiale sorgente durante l’evaporazione termica. Uno è noto come evaporazione a filamento, poiché si ottiene con un semplice elemento riscaldante elettrico o filamento. L’altra fonte di calore comune è un fascio di elettroni o E-Beam Evaporation, dove un fascio di elettroni è puntato sul materiale sorgente per farlo evaporare ed entrare nella fase gassosa.
I sistemi di evaporazione a film sottile possono offrire i vantaggi di tassi di deposizione relativamente alti, controllo in tempo reale del tasso e dello spessore, e (con una configurazione fisica adatta) un buon controllo direzionale del flusso di evaporante per processi come il Lift Off per ottenere rivestimenti con pattern diretto.
Sputtering
Lo sputtering comporta il bombardamento di un materiale target con particelle ad alta energia che devono essere depositate su un substrato come un wafer di silicio o un pannello solare. I substrati da rivestire sono posti in una camera a vuoto contenente un gas inerte – di solito Argon – e una carica elettrica negativa è posta sul materiale target da depositare, facendo brillare il plasma nella camera.
Gli atomi sono “sputati via” dal target tramite collisioni con gli atomi del gas Argon, portando queste particelle attraverso la camera a vuoto e sono depositati come un film sottile. Diversi metodi di sistemi di rivestimento con deposizione di vapore al plasma sono ampiamente utilizzati, tra cui lo sputtering a fascio ionico e assistito da ioni, lo sputtering reattivo in un ambiente di gas ossigeno, il flusso di gas e lo sputtering magnetronico.
Sputtering magnetronico
Lo sputtering magnetronico usa i magneti per intrappolare gli elettroni sul materiale di destinazione caricato negativamente in modo che non siano liberi di bombardare il substrato, evitando che l’oggetto da rivestire si surriscaldi o si danneggi, e permettendo una velocità di deposizione di film sottili più veloce. I sistemi di sputtering magnetronico sono tipicamente configurati come “in linea” dove i substrati viaggiano accanto al materiale target su un qualche tipo di nastro trasportatore, o circolare per applicazioni più piccole. Usano diversi metodi per indurre lo stato di alta energia, comprese le fonti magnetroniche a corrente continua (DC), a corrente alternata (AC) e a radiofrequenza (RF).
Rispetto all’evaporazione termica che utilizza temperature di riscaldamento più convenzionali, lo sputtering avviene nel plasma “Quarto stato di natura” con temperature molto più alte ed energie cinetiche che permettono una deposizione di film sottili molto più pura e precisa a livello atomico.
Quale approccio sia la scelta giusta per le vostre specifiche esigenze di rivestimento per la deposizione di film sottili può dipendere da molti fattori complessi – e più di un approccio può essere adottato per raggiungere fini simili. Si vuole sempre ottenere l’aiuto di un esperto di ingegneria del vuoto competente per valutare le vostre esigenze esatte e offrirvi il risultato ottimale al miglior prezzo.
Matt Hughes è presidente della Semicore Equipment Inc, un fornitore leader mondiale di attrezzature di sputtering per l’elettronica, l’energia solare, l’ottica, il settore medico, militare, automobilistico e le relative industrie high tech. Si prega di lasciare che il nostro utile staff di supporto risponda a qualsiasi domanda riguardante “Che cos’è la deposizione di film sottile?” e come implementare le migliori tecniche per le vostre specifiche esigenze di attrezzature per la deposizione di vapore di film sottile contattandoci all’indirizzo [email protected] o chiamando il numero 925-373-8201.
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