172nm ve İyon Kaplama Teknolojisinin Uygulama Alanları
1.1 İyon Kaplama Teknolojisinin Uygulama Alanları
İyon kaplama teknolojisi insan toplumunun ve günlük yaşamın gelişimi ile yakından ilgilidir. Plazma-geliştirilmiş teknolojiyle hazırlanan ince film ürünleri, televizyon, bilgisayar ve cep telefonu gibi bilgi görüntüleme cihazlarının yanı sıra yarı iletken cihazlarda, optoelektronik cihazlarda, optik cihazlarda, enerji kullanımında, malzemelerin yüzey sertleştirilmesinde, aşınma direncinde, korozyon direncinde, oksidasyon direncinde ve diğer birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Milli savunmanın modernizasyonu, yüksek-teknolojili üretimin gelişmesi ve insanların yaşam standartlarının iyileştirilmesiyle birlikte, ince film ürünlere daha yüksek performans gereksinimleri getiriliyor. Özellikle bulut bilişimin, akıllı ekonominin ve İnternet'in geleceği çağında, birçok cihaz minyatürleştirmeye, entegrasyona ve zekaya doğru gelişiyor ve bu da ince film hazırlama teknolojisine daha da yüksek talepler getirecek. Bunlar arasında, yüksek-hassasiyetteki filmler için hazırlık teknolojisi172 deniz miliseviye, belirli ileri teknoloji cihazlar için temel{0}}gereksinimlerden biri haline geldi.
1.2 İnce Film Ürünleri İçin Modern Bilim ve Teknolojinin Yeni Gereksinimleri
Özel FonksiyonlarÜst düzey ürünler, parçaların fototermal dönüşüm, fotoelektrik dönüşüm, termoelektrik dönüşüm, fotomanyetik depolama, ışık yansıması, ışık iletimi, ışık filtreleme, elektrik iletkenliği, yalıtım, yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci, düşük sürtünme vb. gibi çeşitli özel yüzey işlevlerine sahip olmasını gerektirir. Bazılarının ayrıca parlak ve renkli dekoratif özelliklere sahip olması gerekir.
Kompozisyonun ÇeşitlendirilmesiFarklı alanlardaki yüksek{0}teknolojili ürünlerin yeni performans gereksinimlerini karşılamak için ince filmlerin bileşimi, saf metal filmlerden çeşitli inorganik bileşik filmlere ve polimer organik filmlere doğru gelişmiştir. Tablo 1-1'de günümüzün farklı alanlarının ihtiyaçlarını karşılayan çeşitli ince film malzemeleri ve bunların uygulama aralıkları listelenmektedir. Bunlar arasında, uyumlu kompozit film malzemeleri172 deniz milikalınlık spesifikasyonuna göre, hassas elektronik cihazlarda uygulama oranında-yıllara-yıllık bir artış görülüyor.
Tablo 1-1 Çeşitli İnce Film Malzemeleri ve Uygulama Aralıkları
| Uygulama Kategorisi | Kaplama Malzemeleri | Yüzey Malzemeleri | Uygulama Aralığı |
|---|---|---|---|
| Yüksek sertlik, aşınma direnci | TiN, ZrN, HfN, TaN, NbN, CrN, CBN, Si₃N₄, TiC, ZrC, Cr₇C₃, SiC, Ti(C,N), Ti(B,N), Ti(Al,N), -C₃N₄, elmas vb. | Yüksek-hız çeliği, kalıp çeliği, semente karbür, sermet vb. | İşleme aletleri, kalıplar, mekanik parçalar |
| Yüksek sıcaklık dayanımı, oksidasyon direnci | Al, W, Ti, Ta, Mo, Al₂O₃, Si₃N₄, Ni-Cr, BN, MCrAlY, vb. | Paslanmaz çelik, ısıya-dirençli alaşımlar, bakır, alüminyum alaşımları vb. | Türbin kanatları, egzoz boruları, nozullar, havacılık bileşenleri, atom enerjisi ısısına-dirençli bileşenler |
| Korozyon direnci | TiN, TiC, Al₂O₃, Cd, Al, Ti, Cr, Cr₇C₃, Ni-Cr-Fe, Cr-Ni-P-B (amorf), vb. | Çelik, paslanmaz çelik,-demir dışı metaller vb. | Uçak, gemi, otomobil, kimyasal boru hatları, bağlantı elemanları yüzey koruması |
| Dekoratif güzelleştirme | TiN, TiC, TaN, TiAC, ZrN, Cr₇C₃, Al₂O₃, Al, Ag, Ti, Au, Cu, Ni, Cr, Ni-Re, TaN, Te-N, Al-TaSi, Ni-CrAl | Çelik, pirinç, alüminyum, paslanmaz çelik, plastik, seramik, cam, kağıt folyo vb. | Takı, saat, lamba, gözlük, donanım parçaları, otomotiv aksesuarları, elektrikli parçalar |
| İletken filmler | Au, Mo, W, MoSi₂, WSi₂, TaSi₂, Ti-Si, Ag-Si, Al, Ni, Al₂O₃, Au-Pb, vb. | Silikon gofret, seramik, plastik, cam, alaşım şerit | İnce-film dirençleri ve uçları, elektron emisyon cihazları, tünel cihazları vb. (172 nm hassas iletken filmler dahil) |
| Dielektrik filmler | SiO₂, Al₂O₃, AlN, Al₂O₃-BaTiO₃, TiO₂, ZnO, AlN, LiNbO₂, vb. | Silikon gofret, seramik, plastik, cam | Yüzey pasivasyonu, ara katman yalıtımı, kapasitörler, elektrotermal elemanlar vb. |
| Mikroelektronik cihazlar – yarı iletken filmler | Si, a-Si, Au-ZnS, GaAs, CdSe, CdS, PbS, InSb, Ge, Pb-Sn-Te, vb. | Silikon gofret, seramik, plastik, cam | Işık-yayan diyotlar, ince-film transistörler, optoelektronik cihazlar, manyetoelektrik cihazlar, sensörler vb. |
| Süperiletken filmler | Pb-Bi-Pb-Au, Nb₃Ge, V₃Si, Pb-In-Au, PbO/In₂O₃ | - | Süper iletken cihazlar |
| Manyetik malzemeler ve kayıt ortamı | -Fe₂O₃, Co-Ni, Co-Cr, MnBi, GdCo, GdFe, TbFe, Ni-Co-P, Co-Zr-Nb amorf, Y₃Fe₅O₁₂, vb. | Alaşımlar, plastikler vb. | Manyetik kayıt, manyetik kafalar, manyetik dirençli cihazlar, optik diskler vb. |
| Cihaz filmlerini görüntüle | ZnO, Y₂O₃, Ag, Cu, Al, SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, vb. | Cam, plastik vb. | Floresan tüpler, plazma ekranlar, sıvı kristal ekranlar |
| Optik ve optik iletişim | Si₃N₄, Al, Ag, Au, TiO₂, ZnO, SnO₂, GdFe, TbFe, InAs, InSb, PbS, elmas vb. | Plastik, cam, seramik vb. | Koruyucu, yansıtıcı,{0}yansımayı önleyici filmler, optik anahtarlar, frekans dönüştürme, optik bellek, optik sensörler vb. |
| Güneş enerjisi kullanımı | Au-ZnS, Ag-ZnS, CdS-Cu₂S, SnO₂, vb. | Paslanmaz çelik, plastik, cam | Fotovoltaik hücreler, şeffaf iletken filmler vb. |
| Yağlama, düşük sürtünme | Au, Ag, Pb, Cu-Au, Pb-Sn, MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, MoS, MS₂, BN, MoS₂-grafit, Ag-MoS₂, DLC, vb. | Yüksek-sıcaklık alaşımları, yapısal metaller, rulman çeliği vb. | Ultra-yüksek vakum, oda sıcaklığı, ultra-düşük sıcaklık, jet motoru yatakları, uydu yatakları, havacılıkta yüksek-sıcaklıkta dönen parçalar |
| Ambalajlama | Cr, Al, SiO₂, Al₂O₃, TiN, vb. | Kağıt, plastik, metal vb. | Ambalaj malzemelerinin metalizasyonu, yüksek bariyer koruması |
Tablo 1-1'de gösterildiği gibi, ince film malzemeleri bileşim açısından çeşitlilik gösterir, çok çeşitli özel işlevler sunar ve geniş uygulama alanlarına sahiptir ve ulusal ekonominin tüm sektörlerinde önemli bir rol oynar. Kalınlığında fonksiyonel filmler172 deniz miliHassasiyet ve stabilitenin birleşimi sayesinde hassas imalat alanında önemli bir tercih haline gelmiştir.
Nanometreden mikrometreye kadar film kalınlığıYüksek-teknolojili ürünler giderek daha akıllı ve entegre hale geldikçe, modern mikroelektronik cihazların entegrasyon yoğunluğu da artmaya devam ediyor. Artık bir mikroelektronik çip üzerine 1 mm² başına 1.000.000 transistörün entegre edilmesi gerekiyor. Transistör bileşenlerinin boyutu son derece küçüktür ve her işlevsel katmanın yalnızca nanometreden mikrometreye kadar giderek daha ince - olmasını gerektirir. Çip iletken hat genişlikleri 5-7 nm'ye ulaştı ve bazı yüksek-hassasiyetli cihazlar, işlevsel filmlerin hassas bir şekilde hazırlanmasını başardı.172 deniz miliseviye, gelişme artık 3 nm'ye doğru ilerliyor. Bu yalnızca ince-film entegre devre teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilebilir. Şu anda iyon kaplama teknolojisi, ince-film entegre devrelerin hazırlanması için en uygun seçimdir.
Mükemmel film mikro yapısı ve kristal yapısıMükemmel performansa sahip ince film ürünleri üretmek için filmin üstün mikro yapıya ve kristal yapıya sahip olması gerekir. Uygulamaya bağlı olarak filmlerin tek-kristal, çok kristalli veya amorf yapıların yanı sıra yoğun, sütunlu veya çok katmanlı nano-ölçekli mikro yapılara sahip olması gerekebilir. Bunlar arasında,172 deniz milikalın çok katmanlı nanofilmler, optoelektronik cihazlarda mükemmel yapısal stabilite ve performans tutarlılığı sergiler.
Yüksek yoğunluklu ve hatasız-filmYüksek{0}}teknoloji ürünleri daha hafif, daha küçük, daha ince, daha ince, daha entegre ve daha akıllı tasarımlara doğru ilerledikçe, filmlerin son derece yoğun ve kusursuz olması gerekiyor.
Yüksek film{0}}alt tabaka yapışmasıFilm ile alt tabaka ({0}} arasında metalurjik bir bağ yoktur, yalnızca "yapışmış bir katman" - vardır, bu nedenle cihaz ne kadar küçük ve ince olursa, film ile alt tabaka arasında gereken yapışma o kadar yüksek olur. Aletler ve kalıplar üzerindeki sert kaplamalar için de yüksek yapışma gereklidir.
1.3 Kaplama Teknolojisi Türleri
1.3.1 Erken İnce Film Hazırlama Teknolojileri
Katı ince filmler elde etme teknolojisinin uzun bir geçmişi vardır; başlangıçta esas olarak termal enerjiye dayanır ve daha sonra plazmayla{0}geliştirilmiş teknolojilere evrilir.
Vakumlu Buharlaşma Kaplama TeknolojisiBu teknoloji, katı bir malzemeyi buharlaştırmak için bir ısı kaynağı kullanır ve buhar atomlarının yüksek vakumda taşınmasına ve bir film oluşturmak üzere alt tabaka yüzeyinde birikmesine olanak tanır. Fiziksel buhar biriktirme (PVD) kategorisine aittir ve ön hazırlığı sağlayabilir.172 deniz mili-düzey filmler.
Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) TeknolojisiBu teknoloji, içeri giren inorganik gazları termal olarak aktif atomlara ayrıştırmak için termal enerji kullanıyor ve bunlar daha sonra bir film oluşturmak için ısıtılmış bir alt tabaka yüzeyinde kimyasal olarak reaksiyona giriyor.
Polimer Organik Polimerizasyon TeknolojisiOrganik monomer gazları, yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve bir başlatıcının etkisi altında yüksek-moleküler-ağırlıklı polimerlere polimerize olur.
1.3.2 İyon Kaplama Teknolojisi
Amerikalı bilim adamı DM Mattox'un buharlaştırma kaplamasına gaz deşarjını uyguladığı 1963 yılından bu yana, yüksek-performanslı film parçacıkları elde etmek için çeşitli gaz deşarj yöntemlerini kullanan çok sayıda iyon kaplama teknolojisi ortaya çıktı. Teknoloji, katı kaynaklar kullanan plazma-geliştirilmiş kaplamadan, gazlı kaynakların inert gazlardan ve inorganik bileşik gazlardan organik gazlara doğru genişlediği gazlı kaynakların kullanımına doğru gelişmiştir. Plazmayı uyarmak ve geliştirmek için elektrik alanlarını, manyetik alanları ve ark deşarjlarını akıllıca kullanan birçok yeni kaplama tekniği ve işlemi ortaya çıkmış, bu da ince film araştırmacılarına çeşitli alanlarda gerekli olan özel-fonksiyonlu ince filmleri hazırlamak için çeşitli araçlar sağlamıştır. Bunların arasında yüksek-hassasiyetteki malzemelerin hazırlanması172 deniz mili-düzey filmler bu teknolojinin önemli bir uygulama yönü haline geldi.
İyon kaplama kavramı, buharlaşma-tipi iyon kaplamadan daha geniş bir alana yayıldı. Gaz deşarjı sırasında plazma enerjisini kullanan her türlü kaplama teknolojisine artık denir.iyon kaplama teknolojisi. Modern iyon kaplama teknolojisi, buharlaştırma-tipi iyon kaplamayı, magnetron püskürtmeli iyon kaplamayı, PVD içinde ark deşarjlı iyon kaplamayı, ayrıca plazma-geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme ve plazma-geliştirilmiş polimerizasyonu içerir ve üç ana kategoriye ayrılabilir:
Plazma-Geliştirilmiş Fiziksel Buhar Biriktirme (PEPVD)
Plazma-Geliştirilmiş Kimyasal Buhar Biriktirme (PECVD)
Plazma-Geliştirilmiş Polimerizasyon (PEP)
Tablo 1-2 Çeşitli Modern İyon Kaplama Teknolojileri ve Özellikleri
| Kaplama Teknolojisi | Teknoloji Türü | Film Parçacık Kaynağı | Deşarj Tipi | Deşarj Teknolojisi | Reaksiyon Mekanizması |
|---|---|---|---|---|---|
| Buharlaşma-tipi iyon kaplama | PEPVD | Termal buharlaşma | Kızdırma/ark deşarjı | DC kızdırma, RF kızdırma, sıcak filaman arkı, soğuk katot arkı | Metal iyonları + yüksek-enerjili atomlar → yeni yapıdaki filmlerin sentezi (172 nm filmler hazırlayabilir) |
| Magnetron püskürtme iyon kaplama | PEPVD | Katot püskürtme | Kızdırma deşarjı | DC parıltısı, RF parıltısı, mikrodalga parıltısı | Metal iyonları + yüksek-enerjili atomlar → yeni yapı filmlerinin sentezi |
| Plazma-geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme | PECVD | İnorganik gaz | Kızdırma/ark deşarjı | DC ışıması, RF ışıması, mikrodalga ışıması, sıcak filaman arkı | İnorganik gaz iyonları + yüksek-enerjili aktif radikaller → yeni yapı filmlerinin sentezi |
| Plazma-geliştirilmiş polimerizasyon | KEP | Organik monomer gazı | Kızdırma/ark/korona deşarjı | DC parıltısı, RF parıltısı, mikrodalga parıltısı, korona deşarjı | Organik monomerler + aktif gruplar → polimer filmlere plazma polimerizasyonu |
Tablo 1-2'de özetlenen önemli noktalar:
Tüm modern iyon kaplama teknolojileri çeşitli gaz deşarjlarında gerçekleştirilir.
PEPVD film parçacıkları katı malzemelerin buharlaşmasından veya püskürtülmesinden gelir; PECVD parçacıkları inorganik gazlardan gelir; PEP parçacıkları doğrudan verilen organik gazlardan gelir.
Deşarj modları, tamamı ark deşarjına yönelen PEPVD, PECVD ve PEP teknolojileriyle birlikte akkor deşarjı ve ark deşarjını içerir.
Plazma-geliştirilmiş polimerizasyon, son yıllarda ortaya çıkan bir teknolojidir.
Plazma, katılardan, sıvılardan ve gazlardan birkaç kat daha yüksek enerjiye sahip olan maddenin dördüncü halidir. Yüksek-moleküler-ağırlıklı polimerler üretmek için plazma enerjisinden yararlanan plazma-geliştirilmiş polimerizasyon teknolojisi, modern yüksek-organik ince film ürünlerinin hazırlanmasında yaygın olarak uygulanmıştır.
Çeşitli yeni plazma-enerji-geliştirilmiş kaplama teknolojileri ve süreçlerinin geliştirilmesi sayesinde, son yıllarda, yarı iletken entegre devreler, bilgi görüntüleme cihazları, optik filmler, iletken filmler, yalıtım filmleri, tıbbi malzemeler ve bariyer filmleri gibi alanlarda acilen ihtiyaç duyulan üstün özel-fonksiyonlu ince film malzemeleri nesilleri geliştirildi - ve muazzam ekonomik değer yarattılar -. Özellikle ölçeklenebilir hazırlama teknolojisi172 deniz mili-düzeyde işlevsel filmler, hassas elektronik endüstrisinin hızlı gelişimine güçlü bir şekilde yön vermiştir.
