Az RF porlasztás végső útmutatója
Fejlett vékonyréteg-leválasztási eljárásként az RF porlasztást széles körben alkalmazzák a modern ipari termelésben és a tudományos kutatásban egyedi előnyeinek köszönhetően, az elektronikus eszközökben található félvezető filmek elkészítésétől az optikai alkatrészek funkcionális bevonatáig.
- Kiváló filmminőség
- Erős paraméter-szabályozhatóság
- Alkalmazható anyagok széles választéka
- Többrétegű kompozit fóliák megvalósítása
- Egyenletes lerakódás elérése nagy területeken
Wstitanium műhely
Hatékony létesítményeink
Minden, amit az RF porlasztásról tudni kell
Az RF porlasztási technológia közel száz évnyi fejlesztésen és innováción ment keresztül a korai tudományos felfedezésektől a mai ipari alkalmazásokig. Nemcsak a szigetelőanyagok porlasztási problémáját oldja meg, hanem egyedi előnyeivel elősegíti a vékonyrétegek alkalmazását számos tudományterületen. Ahogy az anyagtudomány folyamatosan fejlődik a funkcionalizálás, az integráció és a miniatürizálás felé, az RF porlasztási technológia is folyamatosan újul meg, nélkülözhetetlen technikai támogatást nyújtva az új anyagok felfedezéséhez és az eszközök korszerűsítéséhez.
Az RF porlasztás egy olyan technológia, amely egy rádiófrekvenciás (RF) tápegység által generált váltakozó elektromos mezőt használ a vékonyréteg-lerakódás eléréséhez. Egy RF porlasztórendszerben az RF tápegységet általában a porlasztási célponthoz csatlakoztatják, és egy inert gázt (például argont) vezetnek a porlasztókamrába vákuumkörnyezetben. Az RF tápegység által generált nagyfrekvenciás elektromos mező ionizálja az inert gázt, plazmát képezve. A plazmában lévő pozitív ionok az elektromos mező hatására felgyorsulnak, bombázzák a célanyag felületét, porlasztva a célatomokat. Ezek a porlasztott atomok a hordozó felületére rakódnak le, és fokozatosan vékony filmet képeznek.
Az RF porlasztás váltakozó elektromos teret használ. Minden ciklusban, amikor a céltárgy a pozitív félciklusban van, elektronok áramlanak a céltárgy felületére, hogy semlegesítsék a pozitív töltéseket és elektronokat halmozzanak fel, így a céltárgy felülete negatív előfeszítésű; a negatív félciklusban a negatív előfeszítés pozitív ionokat vonz, hogy bombázzák a céltárgyat, ezáltal elérve a szigetelő céltárgyak folyamatos porlasztását. Ez az egyedülálló működési elv lehetővé teszi, hogy az RF porlasztást szinte bármilyen szilárd anyag, beleértve a vezetőket, félvezetőket és szigetelőket, vékonyrétegeinek leválasztására használják, ami jelentősen bővíti a vékonyréteg-előállítás anyagválasztékát.
Az RF porlasztás története
Az RF porlasztás eredete a gázkisülési jelenségek tanulmányozására vezethető vissza a 20. század elején. 1852-ben egy brit fizikus William kifordul elsőként figyelte meg a „katódporlasztás” jelenségét, amelyet alacsony nyomás és elektromos tér hatására gázionizáció okozott – a katódanyag atomjait nagy energiájú részecskék ütötték el, leváltak a felületről és lerakódtak a közeli hordozóra. Ez a felfedezés lefektette a porlasztási technológia elméleti alapjait, de a korai egyenáramú porlasztási technológia csak vezető anyagokhoz volt alkalmazható, és tehetetlen volt a szigetelő anyagokkal, például a kerámiákkal és a polimerekkel szemben. Amikor egyenáramú feszültséget alkalmaznak egy szigetelő céltárgyra, a céltárgy felülete a töltésfelhalmozódás miatt „töltéspajzsot” képez, ami az elektromos térerősség gyors csökkenését és a porlasztási folyamat nehézkes fenntartását okozza. Ez a korlátozás arra késztette a tudósokat, hogy új porlasztási módokat vizsgáljanak, és az RF teljesítmény bevezetése lett a kulcs a dilemma áttöréséhez.
1935-ben Robert von Ardenne amerikai fizikus javasolta először az RF tápegység alkalmazását a porlasztásban. Nagyfrekvenciás váltakozó elektromos mezők segítségével oldják meg a töltésfelhalmozódás problémáját a szigetelő céltárgyakban. Az RF tápforrások általában 13.56 MHz-es ipari szabványfrekvenciát használnak (ezt a frekvenciát a Nemzetközi Távközlési Unió határozza meg a rádiókommunikációval való interferencia elkerülése érdekében). A mikroelektronikai ipar 20. század második felében való felemelkedésével az RF porlasztási technológia gyorsan fejlődött és javult. Az 1960-as években a vákuumtechnológia fejlődése (például a molekuláris szivattyúk feltalálása) a porlasztórendszerek vákuumszintjét 10⁻⁴Pa alá növelte. Napjainkban az RF porlasztás számos származékos technológiát fejlesztett ki, mint például az RF magnetron porlasztás, a reaktív RF porlasztás és az előfeszítő RF porlasztás, amelyek pontosan szabályozhatják a vékonyrétegek összetételét, vastagságát, szerkezetét és teljesítményét, hogy megfeleljenek a különböző területek személyre szabott igényeinek.
RF porlasztás működési elve
Az RF porlasztás működési elve az RF elektromos tér plazmára gyakorolt hatásán és a plazmában lévő ionok célanyagra gyakorolt porlasztó hatásán alapul. Egy tipikus RF porlasztó rendszer főként vákuumkamrát, RF tápegységet, porlasztó célanyagot, hordozót és gázellátó rendszert tartalmaz. A rendszer indításakor a vákuumkamrát először egy bizonyos vákuumfokra evakuálják, általában 10⁻³ – 10⁻⁵ Pa tartományban. Ezután megfelelő mennyiségű inert gázt (például argont Ar) vezetnek a vákuumkamrába. Az argongáz, mint munkagáz, biztosítja a plazmaképződés anyagi alapját.
Amikor az RF tápegység be van kapcsolva, egy RF elektromos mező jön létre a porlasztó célanyag és a földelt vákuumkamra fala (vagy más földelt elektróda) között. Ezen RF elektromos mező hatására a plazmában lévő elektronok energiára tesznek szert, és rezegni kezdenek az elektromos mezőben. Az elektronok gyakran ütköznek argonmolekulákkal, ionizálják azokat, és nagyszámú pozitív iont (Ar⁺) és szabad elektront generálnak, ezáltal plazmát képezve.
Mivel az elektronok tömege sokkal kisebb, mint az ionoké, mozgási sebességük sokkal gyorsabb, mint az ionoké. Amikor a pozitív ionok eltalálják a célfelületet, energiájuk átkerül a célatomokra, így a célatomok elegendő energiára tesznek szert ahhoz, hogy kiszóródjanak a célfelületről. A porlasztott célatomok szabadon repülnek a vákuumkamrában, és néhány atom eléri a szubsztrátum felületét, ahol lerakódik. Az idő múlásával egy vékony film fokozatosan kialakul a szubsztrátum felületén.
RF porlasztási munkafolyamat
Vákuum előkészítésHelyezze a felhordandó hordozót a hordozótartóra a vákuumkamrában, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a hordozó felülete tiszta és mentes a szennyeződésektől és a szennyeződésektől. Zárja le a vákuumkamrát, indítsa el a vákuumszivattyú-csoportot, és pumpálja a vákuumkamrát a kívánt vákuumfokra mechanikus szivattyúk és molekuláris szivattyúk segítségével.
Gáz bevezetéseVákumkamrába megfelelő mennyiségű inert gázt (argont) kell bevezetni egy tömegáram-szabályozón (MFC) keresztül. Általánosságban elmondható, hogy a gáz áramlási sebessége néhány sccm (standard köbcentiméter percenként) és néhány tíz sccm között van.
RF teljesítményindításKapcsolja be az RF teljesítményt, és állítsa be a megfelelő RF teljesítményt, frekvenciát és egyéb paramétereket. Az RF teljesítmény nagysága közvetlenül befolyásolja a plazma sűrűségét és az ionok energiáját, ami viszont befolyásolja a porlasztási sebességet és a film minőségét.
Lerakódás és monitorozásA porlasztási idő növekedésével az aljzat felületén lévő film fokozatosan vastagszik. A film növekedési folyamatát különféle módszerekkel követik nyomon, például kvarckristályos mikromérleggel (QCM), optikai emissziós spektroszkópiával (OES) stb.
vég: Először kapcsolja ki az RF tápegységet, és állítsa le a porlasztást. Ezután egy ideig tartsa fenn a vákuumot, hogy a plazma és a vákuumkamrában lévő maradék gáz teljesen kiürüljön. Végül a vákuumkamra visszatér normál nyomásra, és a lerakódott filmmel ellátott hordozót kiveszi.
RF feszültség kiszámítása
Az RF feszültség egy fontos paraméter, amely szorosan összefügg a plazma keletkezésével, az ionok energiájával és a porlasztási hatással. Az RF feszültséget a különböző célanyagok, a gáznyomás, a porlasztási sebesség és egyéb követelmények szerint állítják be. Az RF feszültség pontos kiszámítása az RF porlasztás során azonban összetett folyamat, amely több terület, például a plazmafizika és az elektromágnesesség ismeretét igényli. Az alapelvből kiindulva az RF feszültség szorosan összefügg a plazmaburkolat jellemzőivel. A burkolatfeszültség (Vs) az RF feszültség fontos összetevője. Meghatározza a célfelületet bombázó ionok energiáját. Néhány egyszerűsített modellt használnak a burkolatfeszültség becslésére. Például az RF kapacitívan csatolt plazma (CCP) modellben, feltételezve, hogy a plazma elektromosan semleges, és az ionok mozgása a burkolatban kielégíti a Boltzmann-eloszlást, a burkolatfeszültségre a következő közelítő képlet adható meg:
A tényleges RF porlasztás azonban sokkal bonyolultabb, mint ez az egyszerű modell. Figyelembe kell venni a gáznyomást, a céltárgy és az aljzat jellemzőit, az RF tápegység jellemzőit stb. A gyakorlatban oszcilloszkópot és más berendezéseket használnak az RF tápegység kimeneti feszültségének és áramhullám-alakjának mérésére, és teljesítménymérőt az RF teljesítmény mérésére. Ezután az RF feszültséget a porlasztási hatásnak (például a porlasztási sebességnek, a film minőségének stb.) megfelelően állítják be a legjobb porlasztási feltételek elérése érdekében. Ugyanakkor néhány empirikus képlet és korábbi kutatási eredmény is felhasználható a kezdeti RF feszültség becslésére a kísérlet vakságának csökkentése érdekében.
Miért pont 13.56 MHz a frekvencia?
Az RF porlasztási technológiában a 13.56 MHz-es frekvencia széles körben elterjedt nemzetközi szinten. Ez a választás nem véletlen, hanem számos tényező átfogó mérlegelésének eredménye:
A 13.56 MHz az ipari, tudományos és orvosi (ISM) frekvenciasávon belül található. A 13.56 MHz-es rádiófrekvenciás technológiát régóta széles körben használják és mélyrehatóan tanulmányozzák különböző területeken, és a vonatkozó berendezéstechnológia nagyon fejlett. Ezt a frekvenciasávot a Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) nem kommunikációs célokra osztja fel, és kifejezetten ipari, tudományos kutatási, orvosi berendezésekhez és rádiófrekvenciás azonosítási (RFID) alkalmazásokhoz használják. Hatékonyan elkerülhető az interferencia a hagyományos kommunikációs frekvenciákkal (például rádió, televízió, mobilkommunikáció stb.). A plazmafizika szempontjából a 13.56 MHz-es frekvencia hatékonyan gerjeszti és fenntartja a plazmát. Ezen a frekvencián az RF elektromos mező lehetővé teszi, hogy a plazmában lévő elektronok elegendő energiát szerezzenek ahhoz, hogy ütközzenek a munkagáz molekuláival (például argonnal) és ionizálják azokat. Az egységes 13.56 MHz-es frekvencia használata megkönnyíti a különböző gyártók által gyártott RF porlasztóberendezések közötti felcserélhetőséget és kompatibilitást.
RF porlasztás vs. DC porlasztás
DC porlasztás A technológia csak vezetőképes anyagokhoz használható, és tehetetlen a szigetelő anyagokkal, például a kerámiákkal és a polimerekkel szemben. Amikor egyenfeszültséget alkalmaznak egy szigetelő céltárgyra, a céltárgy felülete a töltésfelhalmozódás miatt „töltésárnyékot” képez, ami az elektromos térerősség gyors csökkenését és a porlasztás nehézkessé tételét okozza. Az RF porlasztás kulcsfontosságúvá vált ennek a dilemmának a leküzdésében.
| Compare | RF porlasztás | DC porlasztás |
| Power | RF áramforrás, általában 13.56 MHz frekvenciával és váltakozó elektromos térrel. | Egyenáramú áramforrás és állandó elektromos mező. |
| cél | Szinte bármilyen anyagot képes porlasztani, beleértve a vezetőket, félvezetőket és szigetelőket is. | Főként vezetőképes célpontokra alkalmazható, és nehéz szigetelő célpontokat porlasztani. |
| Díj | A váltakozó elektromos tér révén a célfelület pozitív töltései semlegesülnek a pozitív félciklusban, és a porlasztás a negatív félciklusban valósul meg, elkerülve a töltésfelhalmozódás okozta rendellenes kisülést. | Szigetelő céltárgyakon a pozitív ionok bombázása pozitív töltések felhalmozódását okozza a céltárgy felületén, ami az elektromos tér csökkenéséhez, a parázskisülés kialszik és a porlasztás megszűnik. |
| Vérplazma | Az RF elektromos tér megkönnyíti az elektronok oszcillálását az elektromos térben, az energia elnyelését és a gázmolekulákkal való ütközést ionizáció céljából. A plazma előállítása és fenntartása viszonylag egyszerű, és a munkagáz nyomása akár 1 Pa körüli is lehet. | A kisülés fenntartásához viszonylag nagy feszültségre van szükség a másodlagos elektronok előállításához, és a munkagáz nyomása általában körülbelül 10 Pa. |
| Porlasztási sebesség | Egyes anyagok esetében a porlasztási sebesség viszonylag alacsony, de optimalizált körülmények között viszonylag magas lerakódási sebesség is elérhető. | Vezetőképes céltárgyak porlasztásakor a porlasztási sebesség általában viszonylag magas. |
| Filmminőség | Sűrű, nagy tisztaságú, az aljzathoz erős tapadású fóliákat lehet előállítani, különösen szigetelőanyag-fóliák lerakásakor, az előny nyilvánvaló. | Megfelelő körülmények között kiváló minőségű fóliák is előállíthatók, de a szigetelőanyag-fóliák lerakódásának vannak korlátai. |
| Eszközköltség | Komplex berendezéseket igényel, például rádiófrekvenciás tápforrásokat és illesztő hálózatokat, és a költségek viszonylag magasak. | A berendezés viszonylag egyszerű, és az ára is viszonylag alacsony. |
| Alkalmazás mezők | Széles körben használják félvezető, optikai, elektronikai, biomedicinális és egyéb területeken különféle funkcionális filmek, például oxid, nitrid, karbid filmek stb. előállítására. | Főként fémfóliák előállítására használják, egyes területeken, ahol kisebb az igény a szigetelőanyag-fóliákra. |
Az RF porlasztási technológia nagyfrekvenciás váltakozó elektromos mezőket használ a szigetelő céltárgyak felületén felhalmozódó töltések problémájának intelligens megoldására, így a porlasztási technológia széles körben alkalmazható különféle anyagokra, és jelentősen bővíti alkalmazási körét. A Wstitanium 30 szigetelő porlasztási céltárgyat sorol fel.
Szilícium (Si) porlasztási célpont
A szilícium kémiai tulajdonságai viszonylag stabilak. A porlasztás során nem könnyű kémiai reakcióba lépni más anyagokkal, ami biztosíthatja a film tisztaságát. Másodszor, a szilíciumfilm jó kristályossággal rendelkezik. A szilícium céltárgyakat gyakran használják szilícium alapú félvezető eszközök, például napelemek és vékonyréteg-tranzisztorok előállítására. A szilícium porlasztási sebessége azonban viszonylag alacsony.
Ge porlasztási célpont
A germánium előnyei a magas elektronmobilitás és a jó optikai abszorpciós tulajdonságok. Széles körben használják infravörös optikai eszközökben és optoelektronikai eszközökben. A germánium filmet germánium alapú tranzisztorok, infravörös detektorok stb. előállítására használják. A germánium könnyen reagál oxigénnel és más anyagokkal, germánium-oxidot képezve, ami befolyásolja a film teljesítményét.
Kadmium-szulfid (CdS)
A kadmium-szulfidot széles körben használják napelemekben, fénykibocsátó diódákban és fotodetektorokban. A kadmium-szulfid vékonyrétegek hatékonyan javítják a napelemek konverziós hatékonyságát. Az RF porlasztás során a kadmium-szulfid céltárgyak porlasztása során figyelmet kell fordítani az anyag sztöchiometrikus arányának szabályozására. Ezenkívül a kadmium-szulfid toxicitását is figyelembe kell venni.
Kadmium-szelenid (CdSe)
A kadmium-szelenid széles körben alkalmazható a fotoelektromos átalakítás, az optikai tárolás és a biomedicina területén. A CdSe vékonyrétegeket CdSe alapú napelemek, fotodetektorok és bioszenzorok előállítására használják. Az RF porlasztás során figyelmet kell fordítani a kristályosságra és az optikai tulajdonságokra. Ezenkívül a CdSe toxicitása is aggodalomra ad okot.
Kadmium-tellurid (CdTe)
A kadmium-tellurid széles körben alkalmazható a napelemek területén. Ez a CdTe vékonyrétegű napelemek mag-abszorpciós rétegének anyaga. Az RF porlasztás során a CdTe céltárgyak porlasztása során figyelembe kell venni az anyagok sztöchiometrikus arányát és kristályosságát. Ezenkívül a CdTe toxicitása is aggodalomra ad okot.
Cink-oxid (ZnO)
A cink-oxid egy fontos, széles tiltott sávú félvezető anyag, jó optikai, elektromos és piezoelektromos tulajdonságokkal. Széles körben használják átlátszó vezetőképes filmekben, UV-detektorokban, fénykibocsátó diódákban és piezoelektromos eszközökben. Az RF porlasztás során figyelmet kell fordítani az adalékolásra és a kristályorientációra.
Szilícium-karbid (SiC)
A szilícium-karbid kiváló elektromos, termikus és kémiai stabilitással rendelkezik, és nagy hőmérsékletű, nagyfrekvenciás, nagy teljesítményű elektronikus eszközökben és nukleáris sugárzás detektálásában használják. A szilícium-karbid, mint például a köbös fázis (3C-SiC), a hexagonális fázis (4H-SiC, 6H-SiC) stb., eltérő elektromos és optikai tulajdonságokkal rendelkezik. A szilícium-karbid alapú eszközöket széles körben használják a repülőgépiparban, az energetikában és az autóiparban.
Ón-oxid (SnO₂)
Az ón-oxid jó optikai, elektromos és kémiai stabilitással rendelkezik, és széles körben használják átlátszó vezetőképes filmekben, gázérzékelőkben és lítium akkumulátor elektródákban. Az ón-oxid elektromos tulajdonságai adalékanyagokkal, például fluorral és antimonnal szabályozhatók, így nagy vezetőképességű, átlátszó vezetőképes filmeket kapunk.
Indium-ón-oxid (ITO)
Az indium-ón-oxid egy átlátszó, vezetőképes oxid anyag, kiváló optikai és elektromos tulajdonságokkal. Széles körben használják síkképernyős kijelzőkben, napelemekben, érintőképernyőkben és elektromágneses árnyékolásban. Az indium-oxid tartalma általában körülbelül 90%, az ón-oxid tartalma pedig körülbelül 10%.
Gallium-oxid (Ga₂O₃)
A gallium-oxid rendkívül nagy átütési elektromos térrel és jó hőstabilitással rendelkezik, így széleskörű alkalmazási lehetőségeket kínál teljesítményelektronikai eszközökben és ultraibolya detektorokban. A gallium-oxidnak számos kristályszerkezete van, például β-Ga₂O₃, α-Ga₂O₃ stb., amelyek közül a β-Ga₂O₃ a legstabilabb és kiváló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik. A gallium-oxid alapú teljesítményelektronikai eszközök olyan előnyökkel rendelkeznek, mint az alacsony bekapcsolási ellenállás és a nagy kapcsolási sebesség.
Vanádium-oxid (V₂O5)
A vanádium-oxid egyedi fémszigetelő fázisátmeneti tulajdonságokkal rendelkezik. A vanádium-oxid alapú intelligens ablakok alacsony hőmérsékleten nagy áteresztőképességgel rendelkeznek, lehetővé téve a napfény bejutását a helyiségbe és növelve a beltéri hőmérsékletet. Magas hőmérsékleten az áteresztőképesség csökken, blokkolja a napfény bejutását a helyiségbe és csökkenti a beltéri hőmérsékletet.
Alumínium-nitrid (AlN)
Az alumínium-nitrid kiváló elektromos, optikai és piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják nagyfrekvenciás elektronikus eszközökben, felületi akusztikus hullámú eszközökben és ultraibolya detektorokban. Az alumínium-nitrid hatszögletű wurtzit szerkezettel rendelkezik, és piezoelektromos tulajdonságai széles körben alkalmazzák felületi akusztikus hullámú eszközökben. Kommunikáció, radar, elektronikus hadviselés stb.
Réz-oxid (CuO)
A réz-oxid jó optikai, elektromos és katalitikus tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják gázérzékelőkben, fotoelektrokémiai cellákban és fotokatalízisben. A réz-oxidot széles körben alkalmazzák a környezeti monitorozásban, az ipari biztonságban és az orvosi diagnosztikában a gázérzékelők területén.
Nikkel-oxid (NiO)
A nikkel-oxid egy fontos p-típusú félvezető anyag, jó optikai, elektromos és mágneses tulajdonságokkal. Széles körben használják elektrokróm eszközökben, érzékelőkben és akkumulátorelektródákban. Ezenkívül a nikkel-oxid elektrokróm tulajdonságai széles körben alkalmazzák elektrokróm eszközökben.
vas-oxid (Fe2O3)
A vas-oxid egy fontos n-típusú félvezető anyag, széles körben alkalmazható a fotokatalízisben, a gázérzékelőkben és a mágneses rögzítésben. A vas-oxid fotokatalitikus tulajdonságait szerves szennyező anyagok lebontására, a víz hidrogén előállítására és a szén-dioxid csökkentésére használják.
Volfrám-oxid (WO₃)
A volfrám-oxid jó optikai, elektromos és katalitikus tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják elektrokróm eszközökben, gázérzékelőkben és fotokatalízisben. A volfrám-oxidnak különféle kristályszerkezetei vannak, például monoklin fázis, ortorombos fázis, tetragonális fázis stb. A volfrám-oxidot széles körben használják intelligens ablakokban, kijelzőkben és autóipari visszapillantó tükrökben.
Cirkónium-oxid (ZrO₂)
A cirkónium-oxid egy szigetelőanyag, amely nagy kémiai stabilitással, hőstabilitással és mechanikai szilárdsággal rendelkezik. Széles körben használják magas hőmérsékletű bevonatokban, szilárd-oxid üzemanyagcellákban és oxigénérzékelőkben. Ezenkívül a cirkónium-oxid magas oxigénion-vezető képessége széleskörű alkalmazási lehetőségeket kínál a szilárd-oxid üzemanyagcellákban és az oxigénérzékelőkben.
Alumínium-oxid (Al2O3)
Az alumínium-oxid nagy kémiai stabilitással, hőstabilitással és elektromos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják mikroelektronikai csomagolásokban, optikai bevonatokban és kopásálló bevonatokban. Az alumínium-oxid alapú csomagolóanyagok magas elektromos szigetelő tulajdonságokkal és jó hővezető képességgel rendelkeznek, hatékonyan védik a chipeket és elvezetik a hőt.
Szilícium-oxid (SiO₂)
A szilícium-oxid jó kémiai stabilitással, hőstabilitással és elektromos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják a mikroelektronikában, az optikában és a félvezetőkben. A szilícium-oxid film hatékonyan izolálja a különböző áramköri alkatrészeket, biztosítva a chip megbízhatóságát és stabilitását.
Szilícium-nitrid (Si₃N₄)
A szilícium-nitrid nagy keménységgel, kopásállósággal, kémiai stabilitással és hőstabilitással rendelkezik, és széles körben használják a mikroelektronikában, az optikában és a gépekben. Ezenkívül a szilícium-nitrid nagy keménysége és kopásállósága széleskörű alkalmazási lehetőségeket kínál a gépészet területén.
Bór-karbid (B₄C)
A bór-karbid rendkívül nagy keménységgel, kopásállósággal és neutronabszorpciós képességgel rendelkezik, és széles körben használják az atomiparban, a repülőgépiparban és a kopásálló bevonatokban. A bór-karbidot szabályozórudak és árnyékoló anyagok előállítására használják a nukleáris reakciók előrehaladásának hatékony szabályozására.
Bór-nitrid (BN)
A bór-nitrid grafitszerű réteges szerkezettel, magas hővezető képességgel, jó elektromos szigeteléssel és kémiai stabilitással rendelkezik, és széles körben használják elektronikus csomagolásokban, hőelvezető anyagokban és magas hőmérsékletű kenőanyagokban. A bór-nitrid hatékonyan elvezeti az elektronikus eszközök által termelt hőt. A bór-nitrid film előállítási költsége viszonylag magas.
Magnézium-fluorid (MgF₂)
A magnézium-fluorid jó optikai tulajdonságokkal, kémiai stabilitással és elektromos szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják optikai bevonatokban, ultraibolya detektorokban és elektronikus eszközökben. A magnézium-fluorid film felhasználható tükröződésmentesítő fólia, tükröződésmentesítő fólia és védőfólia stb. előállítására az optikai eszközök teljesítményének és megbízhatóságának javítása érdekében.
Lítium-fluorid (LiF)
A lítium-fluorid jó optikai tulajdonságokkal, kémiai stabilitással és ionvezető képességgel rendelkezik, és széles körben használják optikai bevonatokban, lítium-ion akkumulátorokban és az atomiparban. A lítium-fluorid hatékony lítium-ion átvitelt biztosít és javítja az akkumulátor teljesítményét. A lítium-fluorid film nagy áteresztőképességgel és alacsony ultraibolya fény abszorpciós veszteséggel rendelkezik.
Cérium-oxid (CeO₂)
A cérium-oxid fluorit szerkezetű, olvadáspontja körülbelül 2600 ℃, sűrűsége pedig 7.13 g/cm³. Kiváló oxigénion-vezető képességgel rendelkezik (különösen magas hőmérsékleten), kémiai stabilitással és optikai tulajdonságokkal. A cérium-oxid filmeket gyakran használják elektrolitként vagy elektrolit adalékanyagként. A cérium-oxid szigetelő hatású.
Titán-dioxid (TiO₂)
A titán-dioxidnak három kristályformája létezik: anatáz fázis, rutil fázis és brookit fázis, amelyek közül az anatáz és a rutil fázis jó fotokatalitikus tulajdonságokkal rendelkezik. Olvadáspontja körülbelül 1843 ℃, sűrűsége pedig 4.26 g/cm³. A titán-dioxid film magas törésmutatóval és jó kémiai stabilitással rendelkezik.
Lítium-niobát (LiNbO₃)
A lítium-niobát trigonális kristályszerkezettel rendelkezik, olvadáspontja körülbelül 1250 °C, sűrűsége pedig 4.64 g/cm³. Kiváló piezoelektromos tulajdonságokkal (magas elektromechanikus csatolási együttható), elektrooptikai hatással (a törésmutató változik az alkalmazott elektromos tér hatására) és nemlineáris optikai tulajdonságokkal rendelkezik.
Az RF porlasztás előnyei
Az RF porlasztási technológia számos jelentős előnnyel rendelkezik a vékonyréteg-előállítás területén az egyedi működési elvének és teljesítményjellemzőinek köszönhetően:
Anyagok széles választéka
Ez az RF porlasztás egyik legkiemelkedőbb előnye. Különböző fémek, ötvözetek, kerámiák, vegyületek stb. bevonása nagymértékben bővíti a választási lehetőségeket.
Kiváló filmminőség
Az RF porlasztás nagy sűrűségű, jó egyenletességű és nagy tisztaságú filmeket hozhat létre. A porlasztás során az atomok jobban diffundálnak és elrendeződnek az aljzat felületén lerakódva, sűrű szerkezetű filmet képezve.
Erős irányíthatóság
Az RF porlasztási folyamat kulcsfontosságú paraméterei, mint például az RF teljesítmény, a porlasztógáz nyomása, a gázáramlás, az aljzat hőmérséklete, a cél-aljzat távolság stb., pontosan szabályozhatók.
Nagy felületű, egyenletes lerakódás elérése
Az RF porlasztás alkalmas nagy felületű hordozók szerkezetének kialakítására, és jó egyenletességű filmeket képes létrehozni nagy felületű hordozókon. Ez az előnye fontos alkalmazási értékkel bír síkképernyős kijelzőkben, napelemekben, nagy felületű optikai bevonatokban stb.
Erős tapadás az aljzathoz
Az RF porlasztás során, amikor a porlasztott nagy energiájú atomok lerakódnak az aljzat felületére, erősen kölcsönhatásba lépnek az aljzattal, és akár határfelületi ötvözeteket vagy vegyületeket is képezhetnek, ezáltal jelentősen javítva a film és az aljzat közötti tapadást.
Többrétegű kompozit film
Az RF porlasztással többrétegű kompozit filmeket lehet előállítani különböző céltárgyak cseréjével vagy a gázösszetétel megváltoztatásával a porlasztás során. A többrétegű optikai filmrendszerek specifikus optikai funkciókat érnek el (nagy visszaverődés, keskenysávú szűrés stb.). A többrétegű fémszigetelő rétegű filmek felhasználhatók mágneses ellenállású eszközök stb. előállítására.
Az RF porlasztás hátrányai
Bár az RF porlasztásnak számos előnye van, vannak hátrányai is, amelyeket a gyakorlati alkalmazásokban figyelembe kell venni és le kell küzdeni:
Magas felszerelési költség
Az RF porlasztórendszerekhez olyan berendezésekre van szükség, mint az RF tápegységek és az illesztő hálózatok. Ezeknek az eszközöknek a gyártási és karbantartási költségei viszonylag magasak. Ezzel szemben az egyenáramú porlasztóberendezések egyszerűbbek és olcsóbbak. Ez viszonylag nagy kezdeti beruházást eredményez az RF porlasztóberendezésekbe.
Viszonylag alacsony porlasztási sebesség
Sok anyag, különösen a szigetelőanyagok esetében az RF porlasztás sebessége általában alacsonyabb, mint az DC porlasztás sebessége vezetőképes céltárgyakon. Az ionok gyorsulása és energiaátadási hatékonysága a burkolatban viszonylag alacsony, és a szigetelő céltárgyak porlasztási hozama általában nem magas.
Alacsony célanyag-kihasználás
Az olyan tényezők miatt, mint a plazma eloszlása és az ionbombázás iránya, a célanyag felülete egyenetlen „maratásra” hajlamos, ami „célmérgezést” vagy „célfelület-depressziót” okoz, ami alacsony célanyag-kihasználást eredményez.
RF interferencia
Amikor az RF tápegység működik, elektromágneses sugárzás keletkezik, amely zavarhatja a környező elektronikus berendezéseket és mérőműszereket. Az interferencia csökkentése érdekében speciális árnyékolási intézkedéseket kell tenni.
Az RF porlasztás alkalmazásai
Az RF porlasztási technológia előnyeit teljes mértékben bizonyították. A félvezetőgyártás területén kulcsfontosságú technológiát biztosít nagy teljesítményű chipek és integrált áramkörök előállításához. Az optika területén az RF porlasztással előállított kiváló minőségű optikai filmek jelentősen javították az optikai eszközök teljesítményét, és megfeleltek az optikai rendszerek magas követelményeinek a különböző alkalmazási forgatókönyvekben. A gépek, a repülőgépipar stb. területén az RF porlasztással előállított védőbevonat fokozza az anyagfelület kopásállóságát, korrózióállóságát és magas hőmérséklettel szembeni ellenállását, meghosszabbítja az alkatrészek és részegységek élettartamát, és javítja a berendezések extrém környezetben való működési képességét.
Félvezető
A félvezető chipek gyártásában az RF porlasztás az egyik kulcsfontosságú technológia a különféle funkcionális filmek előállításához. Például szilícium-dioxid (SiO₂) és szilícium-nitrid (Si₃N₄) filmek szigetelőrétegekhez, alumínium (Al) és réz (Cu) filmek fém összekötő rétegekhez, titán (Ti) és tantál (Ta) filmek diffúziós zárórétegekhez stb. Ezen filmek minősége közvetlenül befolyásolja a chip teljesítményét, megbízhatóságát és integrációját. Az RF porlasztási technológia megfelel a félvezető ipar szigorú követelményeinek a filmvastagság, az egyenletesség, a tisztaság stb. tekintetében.
Optika
Az RF porlasztás fontos szerepet játszik az optikai filmek előállításában. Különböző optikai alkatrészek, például tükröződésmentes fóliák, nagy fényvisszaverődésű fóliák, szűrők és spektroszkópok gyártására használják. Például egy váltakozó szilícium-dioxidból (SiO₂) és titán-dioxidból (TiO₂) álló többrétegű tükröződésmentes fóliát helyeznek el szemüveglencsék és kameralencsék felületén, hogy jelentősen javítsák a lencse fényáteresztő képességét. A nagy fényvisszaverődésű fóliák (például fémezüst fóliák vagy többrétegű dielektromos fóliák) használata lézerrezonátorokban javíthatja a lézerek kimeneti hatásfokát. Ezenkívül az RF porlasztás speciális optikai fóliákat is előállíthat infravörös detektáláshoz, optikai kommunikációhoz és más területekhez.
Elektronika
Elektronikus eszközök gyártása során az RF porlasztási technológiát különféle elektródák, érzékelőfóliák, piezoelektromos fóliák stb. előállítására használják. Például síkképernyőkben (LCD, OLED) az RF porlasztással előállított indium-ón-oxid (ITO) átlátszó vezetőképes fóliáját használják elektródaként, amely nagy áteresztőképességgel és jó vezetőképességgel rendelkezik; az érzékelők területén a cink-oxid (ZnO) és az alumínium-nitrid (AlN) fóliák piezoelektromos és gázérzékeny tulajdonságai felhasználhatók nyomásérzékelők, gázérzékelők stb. gyártására; piezoelektromos eszközökben a lítium-niobát (LiNbO₃) és lítium-tantalát (LiTaO₃) fóliák alkalmazása kiváló elektroakusztikus konverziós teljesítményt biztosít számukra.
Felületmódosítás és -védelem
Az RF porlasztási technológia felhasználható az anyagok felületének módosítására és védelmére, javítva a kopásállóságot, a korrózióállóságot, a magas hőmérséklettel szembeni ellenállást és egyéb tulajdonságokat. Például a titán-nitrid (TiN) és a titán-karbid (TiC) kemény filmek porlasztása szerszámok és öntőformák felületére jelentősen javíthatja azok élettartamát; cirkónium-oxid (ZrO₂) hővédő bevonatok felvitele repülőgépipari alkatrészek felületére az alkatrészek melegedési hőmérsékletének csökkentése és magas hőmérséklettel szembeni ellenállásuk javítása érdekében; korrózióálló filmek, például alumínium-oxid (Al₂O₃) és szilícium-dioxid (SiO₂) porlasztása fémanyagok felületére a fémkorrózió megakadályozása érdekében.
Új energia
A napelemgyártásban az RF porlasztást különféle funkcionális filmek előállítására használják, mint például a réz-indium-gallium-szelenid (CIGS), a kadmium-tellurid (CdTe) és más abszorpciós réteg filmek. Átlátszó vezetőképes filmek, mint például a cink-oxid (ZnO) és az indium-ón-oxid (ITO). Fényvisszaverődésgátló filmek és passziváló filmek, mint például a szilícium-nitrid (Si₃N₄). Ezek a filmek kulcsfontosságúak a napelemek fotoelektromos konverziós hatékonyságának javításában. A lítium-ion akkumulátorok területén az RF porlasztást elektródaanyag-filmek és membránbevonatok előállítására használják az akkumulátorok teljesítményének és biztonságának javítása érdekében.
biomedicina
Az RF porlasztásos technológiát egyre inkább alkalmazzák a biomedicinában is. Kihasználva a biokompatibilis filmek előállítására való képességét, vékony filmeket, például titánt (Ti), titán-nitridet (TiN) és cirkónium-oxidot (ZrO₂) raknak le orvostechnikai eszközök (például mesterséges ízületek és fogászati implantátumok) felületére, hogy javítsák az eszközök biokompatibilitását, kopásállóságát és korrózióállóságát, valamint csökkentsék a szervezet idegen testek kilökődését. Ezenkívül az RF porlasztással előállított speciális funkciókkal rendelkező bioszenzorfilmek biológiai molekulák kimutatására és diagnosztizálására is használhatók.
Összegzés
Ez a cikk átfogóan ismerteti az RF porlasztással kapcsolatos releváns ismereteket, beleértve a definícióját, működési elvét és folyamatát – a plazmát RF elektromos tér gerjeszti, az ionok bombázzák a célanyagot, atomokat porlasztanak ki belőle, és lerakódnak a hordozóra, vékony filmet képezve. Elemzi az RF feszültségszámítás összetettségét és a befolyásoló tényezőket. Ismerteti a 13.56 MHz-es frekvencia széles körű alkalmazásának okait, mint például a kommunikációs interferencia elkerülése, a magas plazmagerjesztési hatékonyság és az érett berendezések. Az egyenáramú porlasztással összehasonlítva kiemeli az RF porlasztás előnyeit az anyagalkalmazhatóság terén. Részletesen bemutat 30 általánosan használt szigetelő porlasztási céltárgyat. Minden egyes anyagot a jellemzők, az alkalmazás és a porlasztási jellemzők szempontjából ismertet. Ugyanakkor összefoglalja az RF porlasztás előnyeit, mint például az anyagalkalmazások széles skálája, a kiváló filmminőség, a paraméterek erős szabályozhatósága stb., valamint rámutat a hátrányaira, mint például a magas berendezésköltség és az alacsony porlasztási sebesség. Végül felvázolja széles körű alkalmazását különböző területeken.