نگاهی دقیق تر به فناوری رسوب لایه نازک

لایه های نازک همچنان توجه محققان را به خود جلب می کنند. این مقاله تحقیقات جاری و عمیق تر در مورد کاربردهای آنها، روش های رسوب گذاری متغیر و کاربردهای آینده را ارائه می دهد.
"فیلم" یک اصطلاح نسبی برای یک ماده دوبعدی (2 بعدی) است که بسیار نازکتر از بستر آن است، خواه برای پوشاندن بستر یا قرار گرفتن بین دو سطح در نظر گرفته شود. در کاربردهای صنعتی فعلی، ضخامت این لایه‌های نازک معمولاً از ابعاد اتمی زیر نانومتر (nm) (یعنی <1 نانومتر) تا چندین میکرومتر (μm) متغیر است. گرافن تک لایه دارای ضخامت یک اتم کربن (یعنی ~0.335 نانومتر) است.
در دوران ماقبل تاریخ از فیلم ها برای اهداف تزئینی و تصویری استفاده می شد. امروزه اقلام لوکس و جواهرات با لایه های نازکی از فلزات گرانبها مانند برنز، نقره، طلا و پلاتین پوشانده می شوند.
رایج ترین کاربرد فیلم ها محافظت فیزیکی سطوح در برابر سایش، ضربه، خراش، فرسایش و ساییدگی است. کربن الماس مانند (DLC) و لایه های MoSi2 برای محافظت از موتورهای خودرو در برابر سایش و خوردگی دمای بالا ناشی از اصطکاک بین قطعات متحرک مکانیکی استفاده می شود.
از لایه های نازک نیز برای محافظت از سطوح واکنش پذیر در برابر محیط استفاده می شود، خواه اکسیداسیون یا هیدراتاسیون ناشی از رطوبت باشد. فیلم‌های رسانای محافظ در زمینه‌های دستگاه‌های نیمه‌رسانا، جداکننده‌های فیلم دی‌الکتریک، الکترودهای لایه نازک و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند. به طور خاص، ترانزیستورهای اثر میدان اکسید فلز (MOSFET) حاوی فیلم های دی الکتریک پایدار شیمیایی و حرارتی مانند SiO2، و نیمه هادی های اکسید فلزی مکمل (CMOS) حاوی فیلم های مس رسانا هستند.
الکترودهای لایه نازک نسبت چگالی انرژی به حجم ابرخازن ها را چندین برابر افزایش می دهند. علاوه بر این، لایه‌های نازک فلزی و در حال حاضر MXenes (کاربیدهای فلزات واسطه، نیتریدها یا کربنیتریدها) لایه‌های نازک سرامیکی پروسکایتی به طور گسترده برای محافظت از قطعات الکترونیکی در برابر تداخل الکترومغناطیسی استفاده می‌شوند.
در PVD، ماده مورد نظر تبخیر شده و به یک محفظه خلاء حاوی بستر منتقل می شود. بخارات فقط به دلیل تراکم شروع به رسوب روی سطح بستر می کنند. خلاء از مخلوط شدن ناخالصی ها و برخورد بین مولکول های بخار و مولکول های گاز باقی مانده جلوگیری می کند.
تلاطم وارد شده به بخار، گرادیان دما، سرعت جریان بخار و گرمای نهان ماده هدف نقش مهمی در تعیین یکنواختی فیلم و زمان پردازش دارند. روش‌های تبخیر شامل گرمایش مقاومتی، گرمایش پرتو الکترونی و اخیراً اپیتاکسی پرتو مولکولی است.
معایب PVD معمولی ناتوانی آن در تبخیر مواد با نقطه ذوب بسیار بالا و تغییرات ساختاری ناشی از فرآیند تبخیر-تراکم در مواد رسوب‌شده است. کندوپاش مگنترونی نسل بعدی تکنیک رسوب فیزیکی است که این مشکلات را حل می کند. در کندوپاش مگنترون، مولکول‌های هدف با بمباران با یون‌های مثبت پرانرژی از طریق میدان مغناطیسی تولید شده توسط مگنترون به بیرون پرتاب می‌شوند.
لایه های نازک به دلیل تطبیق پذیری، فشردگی و ویژگی های کاربردی، جایگاه ویژه ای در دستگاه های مدرن الکترونیکی، نوری، مکانیکی، فوتونیک، حرارتی و مغناطیسی و حتی اقلام دکوری دارند. PVD و CVD متداول‌ترین روش‌های رسوب بخار برای تولید لایه‌های نازک با ضخامت از چند نانومتر تا چند میکرومتر هستند.
مورفولوژی نهایی فیلم رسوب‌شده بر عملکرد و کارایی آن تأثیر می‌گذارد. با این حال، تکنیک‌های رسوب تبخیری لایه نازک نیاز به تحقیقات بیشتری برای پیش‌بینی دقیق ویژگی‌های لایه نازک بر اساس ورودی‌های فرآیند موجود، مواد هدف انتخاب‌شده و ویژگی‌های بستر دارد.
بازار جهانی نیمه هادی ها وارد دوره هیجان انگیزی شده است. تقاضا برای فناوری تراشه هم توسعه صنعت را تحریک و هم به تاخیر انداخته است و انتظار می‌رود کمبود تراشه فعلی برای مدتی ادامه یابد. با ادامه این روند، احتمالاً روندهای فعلی آینده صنعت را شکل خواهد داد
تفاوت اصلی بین باتری های مبتنی بر گرافن و باتری های حالت جامد در ترکیب الکترودها است. اگرچه کاتدها اغلب اصلاح می شوند، اما از آلوتروپ های کربن نیز می توان برای ساخت آند استفاده کرد.
در سال های اخیر، اینترنت اشیا تقریباً در همه زمینه ها به سرعت پیاده سازی شده است، اما در صنعت خودروهای الکتریکی اهمیت ویژه ای دارد.