Ավելի մոտիկ հայացք բարակ թաղանթի նստեցման տեխնոլոգիային

Նիհար թաղանթները շարունակում են գրավել հետազոտողների ուշադրությունը։ Այս հոդվածը ներկայացնում է ընթացիկ և ավելի խորը հետազոտություններ դրանց կիրառությունների, փոփոխական ավանդադրման մեթոդների և ապագա օգտագործման վերաբերյալ:
«Ֆիլմը» հարաբերական տերմին է երկչափ (2D) նյութի համար, որը շատ ավելի բարակ է, քան իր ենթաշերտը, անկախ այն բանից՝ այն նախատեսված է ծածկելու ենթաշերտը, թե սենդվիչվում է երկու մակերեսների միջև: Ներկայիս արդյունաբերական կիրառություններում այս բարակ թաղանթների հաստությունը սովորաբար տատանվում է ենթնանոմետրային (նմ) ատոմային չափերից (այսինքն՝ <1 նմ) մինչև մի քանի միկրոմետր (մկմ): Միաշերտ գրաֆենը ունի մեկ ածխածնի ատոմի հաստություն (այսինքն՝ ~0,335 նմ):
Ֆիլմերը նախապատմական ժամանակներում օգտագործվել են դեկորատիվ և պատկերագրական նպատակներով։ Այսօր շքեղ իրերը և զարդերը պատված են թանկարժեք մետաղների բարակ թաղանթներով, ինչպիսիք են բրոնզը, արծաթը, ոսկին և պլատինը:
Թաղանթների ամենատարածված կիրառումը մակերեսների ֆիզիկական պաշտպանությունն է քայքայումից, հարվածներից, քերծվածքներից, էրոզիայից և քայքայումից: Ադամանդի նման ածխածնի (DLC) և MoSi2 շերտերն օգտագործվում են ավտոմեքենաների շարժիչները մաշվածությունից և բարձր ջերմաստիճանի կոռոզիայից պաշտպանելու համար, որոնք առաջանում են մեխանիկական շարժվող մասերի միջև շփման հետևանքով:
Բարակ թաղանթները նույնպես օգտագործվում են ռեակտիվ մակերեսները շրջակա միջավայրից պաշտպանելու համար՝ լինի դա օքսիդացում կամ խոնավացում՝ խոնավության պատճառով: Պաշտպանող հաղորդիչ թաղանթները մեծ ուշադրության են արժանացել կիսահաղորդչային սարքերի, դիէլեկտրական թաղանթների բաժանարարների, բարակ թաղանթային էլեկտրոդների և էլեկտրամագնիսական միջամտության (EMI) ոլորտներում: Մասնավորապես, մետաղական օքսիդի դաշտային տրանզիստորները (MOSFET) պարունակում են քիմիական և ջերմային կայուն դիէլեկտրական թաղանթներ, ինչպիսիք են SiO2-ը, իսկ լրացուցիչ մետաղական օքսիդ կիսահաղորդիչները (CMOS) պարունակում են հաղորդիչ պղնձե թաղանթներ:
Բարակ թաղանթով էլեկտրոդները մի քանի անգամ մեծացնում են էներգիայի խտության հարաբերակցությունը գերկոնդենսատորների ծավալին։ Բացի այդ, մետաղական բարակ թաղանթները և ներկայումս MXenes (անցումային մետաղների կարբիդներ, նիտրիդներ կամ կարբոնիտրիդներ) պերովսկիտ կերամիկական բարակ թաղանթները լայնորեն օգտագործվում են էլեկտրոնային բաղադրիչները էլեկտրամագնիսական միջամտությունից պաշտպանելու համար:
PVD-ում թիրախային նյութը գոլորշիացվում և տեղափոխվում է վակուումային խցիկ, որը պարունակում է ենթաշերտը: Գոլորշիները սկսում են նստել ենթաշերտի մակերեսին պարզապես խտացման պատճառով: Վակուումը կանխում է կեղտերի խառնումը և գոլորշիների մոլեկուլների և գազի մնացորդային մոլեկուլների միջև բախումները:
Գոլորշի մեջ մտցված տուրբուլենտությունը, ջերմաստիճանի գրադիենտը, գոլորշու հոսքի արագությունը և թիրախային նյութի թաքնված ջերմությունը կարևոր դեր են խաղում ֆիլմի միատեսակության և մշակման ժամանակի որոշման գործում: Գոլորշիացման մեթոդները ներառում են դիմադրողական ջեռուցում, էլեկտրոնային ճառագայթով տաքացում և, վերջերս, մոլեկուլային ճառագայթով էպիտաքսիա:
Սովորական PVD-ի թերությունները շատ բարձր հալման կետով նյութերը գոլորշիացնելու անկարողությունն են և գոլորշիացում-խտացման գործընթացի հետևանքով կուտակված նյութում առաջացած կառուցվածքային փոփոխությունները: Magnetron sputtering-ը հաջորդ սերնդի ֆիզիկական նստեցման տեխնիկան է, որը լուծում է այս խնդիրները: Մագնետրոնային ցրման ժամանակ թիրախային մոլեկուլները դուրս են մղվում (ցրվում) էներգետիկ դրական իոններով ռմբակոծման միջոցով մագնիսական դաշտի միջոցով, որը առաջանում է մագնետրոնի կողմից։
Բարակ թաղանթները հատուկ տեղ են գրավում ժամանակակից էլեկտրոնային, օպտիկական, մեխանիկական, ֆոտոնիկ, ջերմային և մագնիսական սարքերում և նույնիսկ դեկորատիվ իրերում՝ շնորհիվ իրենց բազմակողմանիության, կոմպակտության և ֆունկցիոնալ հատկությունների: PVD-ն և CVD-ն գոլորշիների նստեցման ամենատարածված մեթոդներն են՝ մի քանի նանոմետրից մինչև մի քանի միկրոմետր հաստությամբ բարակ թաղանթներ արտադրելու համար:
Ավանդված թաղանթի վերջնական մորֆոլոգիան ազդում է դրա կատարողականության և արդյունավետության վրա: Այնուամենայնիվ, բարակ թաղանթով գոլորշիացնող նստեցման տեխնիկան պահանջում է հետագա հետազոտություն՝ բարակ թաղանթի հատկությունները ճշգրիտ կանխատեսելու համար՝ հիմնվելով գործընթացի առկա մուտքերի, ընտրված թիրախային նյութերի և ենթաշերտի հատկությունների վրա:
Կիսահաղորդիչների համաշխարհային շուկան թեւակոխել է հետաքրքիր շրջան։ Չիպային տեխնոլոգիաների պահանջարկը և՛ խթանել, և՛ հետաձգել է արդյունաբերության զարգացումը, և սպասվում է, որ չիպերի ներկայիս պակասը որոշ ժամանակ կշարունակվի: Ընթացիկ միտումները, հավանաբար, կձևավորեն արդյունաբերության ապագան, քանի որ դա շարունակվում է
Գրաֆենի վրա հիմնված մարտկոցների և պինդ մարտկոցների հիմնական տարբերությունը էլեկտրոդների բաղադրությունն է: Թեև կաթոդները հաճախ փոփոխվում են, ածխածնի ալոտրոպները կարող են օգտագործվել նաև անոդներ պատրաստելու համար:
Վերջին տարիներին իրերի ինտերնետը արագորեն ներդրվել է գրեթե բոլոր ոլորտներում, սակայն այն հատկապես կարևոր է էլեկտրական մեքենաների արդյունաբերության մեջ: