Filmele de aur (Au) și cupru (Cu) prezintă adesea o aderență slabă atunci când sunt depuse direct pe sticlă, cuarț sau siliciu. Prin urmare, un strat subțire de aderență de crom (Cr) este de obicei depus mai întâi pentru a îmbunătăți lipirea și fiabilitatea acoperirii.
Deci, de ce un strat atât de subțire face o asemenea diferență?
De ce filmele de aur și de cupru tind să se desprindă?
Suprafețele sticlei, cuarțului și siliciului sunt stabile din punct de vedere chimic, ceea ce face dificil pentru multe metale să formeze legături puternice cu aceste substraturi. Când aurul sau cuprul sunt depuse direct pe aceste materiale, pelicula se bazează adesea în principal pe interacțiuni fizice slabe la interfață, mai degrabă decât pe legături chimice puternice. Ca rezultat, acoperirea se poate decoji, crăpa sau delaminare în timpul ciclării termice, tăierii cubulețe, ambalării sau altor procese post-depunere.
Diferența vine din proprietățile metalelor în sine.
- Aureste un metal nobil foarte inert, cu afinitate foarte scăzută pentru oxigen. În loc să se lege cu suprafața bogată în oxid-a sticlei sau a siliciului, atomii de aur tind să se lege unul de altul. Acest lucru limitează aderența dintre filmul depus și substrat.
- Cupru este mai activ din punct de vedere chimic decât aurul, dar formează și legături interfațale relativ slabe cu sticlă sau oxid de siliciu în condiții tipice de depunere. Din acest motiv, filmele de cupru necesită adesea un strat de aderență atunci când sunt depuse pe substraturi pe bază de oxid-.
Acesta este motivul pentru care cromul este utilizat pe scară largă ca strat de aderență. Poziționat între substrat și pelicula metalică funcțională, creează o interfață mai stabilă și îmbunătățește semnificativ aderența acoperirii.
Cum îmbunătățește cromul aderența?
Cromul este adesea descris ca un strat de aderență, dar nu acționează ca un adeziv convențional. În schimb, creează o interfață mai stabilă între substrat și pelicula metalică funcțională, permițând acoperirii să se lipească mai sigur.
-
Lipirea la substrat
Cromul este mai reactiv din punct de vedere chimic decât metalele precum aurul sau cuprul. În timpul depunerii, interacționează ușor cu oxigenul de pe suprafața sticlei, a oxidului de siliciu și a multor substraturi ceramice, formând un strat interfacial subțire de oxid de crom (Cr₂O₃). Acest strat întărește legătura dintre acoperire și substrat, oferind o fundație stabilă pentru straturile depuse deasupra.
-
Lipirea la metale funcționale
Pe lângă faptul că se leagă bine cu substratul, cromul formează și o interfață stabilă cu metale precum aurul, cuprul și nichelul. Ca rezultat, o structură tipică de film subțire-constă din trei straturi:
Substrat → Strat de aderență de crom → Film de metal funcțional
Stratul de crom servește ca strat de tranziție între substrat și stratul funcțional, îmbunătățind aderența generală a sistemului de film.
-
Subțire, dar eficientă
Un strat de aderență de crom este de obicei numai5–20 nmgros. În ciuda grosimii sale mici, poate îmbunătăți semnificativ aderența acoperirii fără a afecta în mod semnificativ conductivitatea electrică, proprietățile optice sau alte caracteristici funcționale ale peliculei metalice. Acesta este unul dintre motivele pentru care cromul rămâne unul dintre cele mai utilizate materiale de-strat de aderență în depunerea de film subțire-.
Unde este folosit cromul ca strat de aderență?
Datorită capacității sale de a îmbunătăți legătura interfacială, cromul este utilizat pe scară largă în depunerea-de pelicule subțiri într-o varietate de industrii. Aplicațiile tipice includ:
- Filme de aur pe substraturi de sticlă
- Interconexiuni de cupru pe plachete de siliciu
- Acoperiri optice și filme reflectorizante
- Dispozitive MEMS
- Metalizarea semiconductoarelor
- Electrozi senzori
- OLED și tehnologii de afișare
În majoritatea aplicațiilor de-film subțire, cromul funcționează mai degrabă ca un strat de bază decât ca acoperire funcțională finală.
Cum se utilizează cromul în depunerea în vid?
În evaporarea termică și evaporarea fasciculului de electroni, cromul este furnizat în mod obișnuit ca material sursă pentru depunerea de film subțire-. În funcție de sistemul de evaporare și de cerințele procesului, acesta este disponibil în mai multe forme, inclusiv peleți, bucăți și tije.Pelete de cromsunt utilizate pe scară largă în sistemele de acoperire de laborator și industriale, deoarece sunt ușor de încărcat și asigură o evaporare stabilă.
Pentru pulverizarea cu magnetron și alte procese PVD, cromul este furnizat caȚinte de pulverizare cu crom. Alegerea materialului de crom depinde de procesul de depunere și de echipament.
Sfaturi de proces
Păstrați stratul de crom subțire
Un strat de aderență de crom are de obicei doar câțiva nanometri grosime. Grosimea excesivă poate crește stresul filmului și, în acoperirile optice, poate reduce transmisia luminii.
Depuneți fără a întrerupe vidul
Ori de câte ori este posibil, depozitați stratul de crom și stratul de metal funcțional în cadrul aceluiași ciclu de vid. Expunerea la aer poate oxida suprafața cromului și poate reduce performanța de lipire a acestuia.
Utilizați crom de{0}}puritate ridicată
Calitatea materialului de evaporare afectează consistența acoperirii. Materialele de crom de-puritate ridicată cu niveluri scăzute de impurități ajută la îmbunătățirea stabilității procesului și la reducerea riscului de contaminare în timpul depunerii.
Concluzie
Deși doar câțiva nanometri grosime, un strat de aderență de crom joacă un rol cheie în îmbunătățirea fiabilității acoperirii. Fie pentru fabricarea semiconductoarelor, acoperiri optice sau aplicații de cercetare, selectarea materialului de crom adecvat este o parte importantă a obținerii unei performanțe fiabile de-film subțire.