Тънките филми продължават да привличат вниманието на изследователите. Тази статия представя текущи и по-задълбочени изследвания на техните приложения, променливи методи за отлагане и бъдещи употреби.
„Филм“ е относителен термин за двуизмерен (2D) материал, който е много по-тънък от своя субстрат, независимо дали е предназначен да покрива субстрата или да бъде поставен между две повърхности. В настоящите промишлени приложения дебелината на тези тънки филми обикновено варира от субнанометрови (nm) атомни размери (т.е. <1 nm) до няколко микрометра (μm). Еднослойният графен има дебелина от един въглероден атом (т.е. ~0,335 nm).
Филмите са били използвани за декоративни и изобразителни цели в праисторически времена. Днес луксозните предмети и бижута са покрити с тънък слой от благородни метали като бронз, сребро, злато и платина.
Най-често срещаното приложение на фолиата е физическата защита на повърхности от абразия, удар, надраскване, ерозия и ожулвания. Диамантеноподобният въглерод (DLC) и слоевете MoSi2 се използват за защита на автомобилните двигатели от износване и високотемпературна корозия, причинена от триене между механични движещи се части.
Тънките филми се използват и за защита на реактивни повърхности от околната среда, независимо дали става дума за окисление или хидратация поради влага. Екраниращите проводими филми са получили много внимание в областта на полупроводниковите устройства, диелектричните филмови сепаратори, тънкослойните електроди и електромагнитните смущения (EMI). По-специално, металооксидните полеви транзистори (MOSFET) съдържат химически и термично стабилни диелектрични филми като SiO2, а комплементарните металооксидни полупроводници (CMOS) съдържат проводими медни филми.
Тънкослойните електроди увеличават съотношението на енергийната плътност към обема на суперкондензаторите няколко пъти. В допълнение, метални тънки филми и понастоящем MXenes (преходни метални карбиди, нитриди или карбонитриди) перовскитни керамични тънки филми се използват широко за екраниране на електронни компоненти от електромагнитни смущения.
При PVD целевият материал се изпарява и се прехвърля във вакуумна камера, съдържаща субстрата. Парите започват да се отлагат върху повърхността на субстрата просто поради кондензация. Вакуумът предотвратява смесването на примеси и сблъсъци между молекулите на парата и молекулите на остатъчния газ.
Турбулентността, въведена в парата, температурният градиент, скоростта на потока на парата и латентната топлина на целевия материал играят важна роля при определянето на еднородността на филма и времето за обработка. Методите за изпаряване включват резистивно нагряване, нагряване с електронен лъч и, по-скоро, епитаксия с молекулен лъч.
Недостатъците на конвенционалния PVD са неговата неспособност да изпарява материали с много висока точка на топене и структурните промени, предизвикани в отложения материал поради процеса на изпаряване-кондензация. Магнетронното разпрашване е следващото поколение техника за физическо отлагане, която решава тези проблеми. При магнетронно разпрашване целевите молекули се изхвърлят (разпръскват) чрез бомбардиране с енергийни положителни йони чрез магнитно поле, генерирано от магнетрон.
Тънките филми заемат специално място в съвременните електронни, оптични, механични, фотонни, термични и магнитни устройства и дори декоративни елементи поради тяхната гъвкавост, компактност и функционални свойства. PVD и CVD са най-често използваните методи за отлагане на пари за производство на тънки филми с дебелина от няколко нанометра до няколко микрометра.
Крайната морфология на депозирания филм влияе върху неговата производителност и ефективност. Техниките за отлагане чрез изпаряване на тънък слой обаче изискват по-нататъшни изследвания за точно прогнозиране на свойствата на тънкия слой въз основа на наличните входящи процеси, избрани целеви материали и свойства на субстрата.
Световният пазар на полупроводници навлезе във вълнуващ период. Търсенето на чипове технология едновременно стимулира и забавя развитието на индустрията и се очаква настоящият недостиг на чипове да продължи известно време. Настоящите тенденции вероятно ще оформят бъдещето на индустрията, докато това продължава
Основната разлика между базираните на графен батерии и твърдотелните батерии е съставът на електродите. Въпреки че катодите често се модифицират, алотропите на въглерода също могат да се използват за направата на аноди.
През последните години Интернет на нещата се внедрява бързо в почти всички области, но е особено важен в индустрията за електрически превозни средства.
Време на публикуване: 23 април 2023 г