Vakum Kaplama veya İnce Film Teknolojisine Giriş 9 Kasım 2020
'İnce Film Teknolojisi' veya Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) olarak da adlandırılan Vakum Kaplama, vakum teknolojisinin çeşitli uygulamaları arasında etkileyici bir paya sahiptir. Bu blog gönderisinde, tarihi gelişime, ince filmlerin oluşturulmasını destekleyen çeşitli temel ilkelere ve kaplama cihazlarının genel düzenine genel bir bakış sunuyoruz.
İnce filmler nedir?
İnce Filmler, nanometrenin çok altında ve mikrometreye kadar kalınlıklara sahip yüzeylerdeki malzeme katmanlarıdır. Bir cihazı ince bir filmle kaplamanın birçok nedeni vardır. Bazı örnekler şöyledir:
- Korozyona karşı koruyucu filmler
- Mücevherler veya banyo aksesuarları üzerinde dekoratif katmanlar
- Aletlerde aşınma koruması
- Oftalmik camların optik özelliklerini iyileştirmek için birden fazla katman
- Yarı iletken veya güneş hücresi üretimi
- Dokunmatik panel üretimi
- Otomotiv endüstrisinde ön cam sanal göstergesi
- Reflektör lambalarının aynaları
- Tazeliği korumak için ambalaj folyoları
- Termal yalıtım için mimari cam
- Daktiloskop
Bu liste kapsamlı değildir ve sürekli olarak yeni uygulamalar ortaya çıkmaktadır
Kaplama teknolojisinin geçmişi
Günümüzde heyecan verici ve büyüyen bir bilim ve teknoloji olmasına rağmen, kökeni W.R. Grove'un 1852'de ilk kez püskürtme etkilerini gözlemlediği ve Michael Faraday'ın 1857'de ark buharlaşması ile film oluşturmayı araştırdığı 150 yılı aşkın bir süre önce gerçekleştirilen deneylere dayanmaktadır.
20. yüzyılın başlarında farklı kaplama tekniklerinin temelleri araştırıldı ve alüminyum kaplamalı reflektörler veya ince film dirençler gibi ilk ticari kaplamalı ürünler 1930'larda piyasaya sürüldü. WW2'den sonra teknoloji patladı.
İnce film teknolojisi için vakum koşulları
Günümüzde bir substrat üzerinde ince bir film katmanı doldurmak için kullanılan çeşitli teknikleri Fiziksel Buharlı Katman Doldurma (PVD) veya Kimyasal Katman Doldurma (CVD) olarak ayırıyoruz. Vakum, yüksek vakum gerektiren PVD'de önemli bir rol oynamaktadır. Vakum, çoğu CVD uygulamasının bir parçasıdır.
En olgun teknoloji termal evaporasyondur. Bir malzeme eritilir ve yüksek sıcaklıklarda buharlaştırılır ve buhar hedef üzerinde birikir. Gerekli sıcaklıklar aşağıdaki grafikten alınabilir.
Farklı metallerin doygunluk buhar basıncı
Buharlaşma, teller elektrikle ısıtılarak veya önemli ölçüde daha yüksek erime noktasına sahip malzemeden yapılmış krozelere dökülerek elde edilebilir. Başka bir yöntem de elektron ışını kullanarak eritmektir.
Her iki durumda da, vakum haznesinin boyutuna ve katmanın gerekli kalitesine bağlı olarak kaplama işlemi sırasında 10-07 ila 10-05 mbar arasında yüksek bir vakum gereklidir. Bunun nedeni:
Kaynaktan hedefe olan mesafeden çok daha uzun olan buharlaşmış atomların ortalama serbest yolunu sağlamak için. Bu sayede atomların artık gaz molekülleri tarafından dağıtılmadan ulaşması sağlanır.
Temiz bir yüzey sağlamak için. Aksi takdirde buharlaşan atomlar iyi yapışmaz ve stabil olmayan bir katman oluşturur.
Numuneleri kaplamanın başka bir yolu da püskürtmedir. Püskürtmeli dolgu, bir plazmadan hızlandırılmış iyonlarla bombardıman edilen bir hedef malzeme kullanır. En yaygın kullanılan plazma gazı Argon'dur. Argon iyonları, substratı kaplayan hedef malzemenin atomlarını püskürtür. Püskürtülen atomların daha yüksek enerjisi nedeniyle, termal buharlaşma ile uygulandığından daha iyi yapışırlar. Ancak püskürtmeli dolgu uygulaması, vakum altında çalışan daha kapsamlı bir sistem mühendisliği gerektirir. Argon plazması kullanan bir püskürtme işlemi 5 x 10-04 (ve 1 x 10-02'ye kadar) mbar üzerindeki basınçlarda çalışırken, temizlemek ve her katmanın saflığını sağlamak için 10-06 mbar aralığında bir en yüksek basınç gereklidir.
