מבט מקרוב על טכנולוגיית התקנת סרט דק

סרטים דקים ממשיכים למשוך את תשומת הלב של החוקרים. מאמר זה מציג מחקרים עדכניים ומעמיקים יותר על היישומים שלהם, שיטות שיקוע משתנות ושימושים עתידיים.
"סרט" הוא כינוי יחסי לחומר דו מימדי (2D) שהוא הרבה יותר דק מהמצע שלו, בין אם הוא נועד לכסות את המצע או להיות דחוס בין שני משטחים. ביישומים תעשייתיים נוכחיים, העובי של סרטים דקים אלה נע בדרך כלל מממדים אטומיים תת-ננומטרים (ננומטר) (כלומר, <1 ננומטר) למספר מיקרומטרים (מיקרומטר). לגרפן חד-שכבתי יש עובי של אטום פחמן אחד (כלומר ~0.335 ננומטר).
סרטים שימשו למטרות דקורטיביות וציוריות בתקופה הפרהיסטורית. כיום, פריטי יוקרה ותכשיטים מצופים בסרטים דקים של מתכות יקרות כמו ברונזה, כסף, זהב ופלטינה.
היישום הנפוץ ביותר של סרטים הוא הגנה פיזית של משטחים מפני שחיקה, פגיעה, שריטות, שחיקה ושפשופים. שכבות פחמן דמוי יהלום (DLC) ושכבות MoSi2 משמשות להגנה על מנועי רכב מפני בלאי וקורוזיה בטמפרטורה גבוהה הנגרמת מחיכוך בין חלקים מכניים נעים.
סרטים דקים משמשים גם להגנה על משטחים תגובתיים מהסביבה, בין אם זה חמצון או הידרציה עקב לחות. סרטי סיכוך מוליכים זכו לתשומת לב רבה בתחומי התקני מוליכים למחצה, מפרידי סרטים דיאלקטריים, אלקטרודות סרט דק והפרעות אלקטרומגנטיות (EMI). בפרט, טרנזיסטורי אפקט שדה תחמוצת מתכת (MOSFETs) מכילים סרטים דיאלקטריים יציבים מבחינה כימית ותרמית כגון SiO2, ומוליכי תחמוצת מתכת משלימים (CMOS) מכילים סרטי נחושת מוליכים.
אלקטרודות סרט דק מגדילות את היחס בין צפיפות האנרגיה לנפח קבלי העל פי כמה. בנוסף, סרטי מתכת דקים וכיום MXenes (מתכת מעבר קרבידים, ניטרידים או קרבוניטרידים) סרטים דקים קרמיים פרוסקיט נמצאים בשימוש נרחב כדי להגן על רכיבים אלקטרוניים מהפרעות אלקטרומגנטיות.
ב-PVD, חומר המטרה הוא אידוי ומועבר לתא ואקום המכיל את המצע. אדים מתחילים להתמקם על פני המצע פשוט עקב עיבוי. הוואקום מונע ערבוב של זיהומים והתנגשויות בין מולקולות אדים למולקולות גז שיוריות.
המערבולת המוכנסת לקיטור, שיפוע הטמפרטורה, קצב זרימת הקיטור והחום הסמוי של חומר המטרה משחקים תפקיד חשוב בקביעת אחידות הסרט וזמן העיבוד. שיטות האידוי כוללות חימום התנגדות, חימום קרן אלקטרונים ולאחרונה, אפיטה של ​​קרן מולקולרית.
החסרונות של PVD קונבנציונלי הם חוסר יכולתו לאדות חומרים בנקודת התכה גבוהה מאוד והשינויים המבניים הנגרמים בחומר המופקד עקב תהליך האידוי-עיבוי. קפיצת מגנטרונים היא הדור הבא של טכניקת השקיעה הפיזית הפותרת את הבעיות הללו. בקריזת מגנטרון, מולקולות מטרה נפלטות (מקרטעות) על ידי הפצצה עם יונים חיוביים אנרגטיים דרך שדה מגנטי שנוצר על ידי מגנטרון.
סרטים דקים תופסים מקום מיוחד במכשירים אלקטרוניים, אופטיים, מכניים, פוטוניים, תרמיים ומגנטיים ואפילו פריטי עיצוב, בשל הרבגוניות, הקומפקטיות והתכונות הפונקציונליות שלהם. PVD ו-CVD הן השיטות הנפוצות ביותר להשקעת אדים לייצור סרטים דקים הנעים בעובי בין כמה ננומטרים לכמה מיקרומטרים.
המורפולוגיה הסופית של הסרט שהופקד משפיעה על הביצועים והיעילות שלו. עם זאת, טכניקות אידוי לאידוי של סרט דק דורשות מחקר נוסף כדי לחזות במדויק את תכונות הסרט הדק בהתבסס על תשומות תהליך זמינות, חומרי יעד נבחרים ותכונות המצע.
שוק המוליכים למחצה העולמי נכנס לתקופה מרגשת. הביקוש לטכנולוגיית שבבים גם דרבן וגם עיכב את התפתחות התעשייה, והמחסור הנוכחי בשבבים צפוי להימשך זמן מה. מגמות נוכחיות עשויות לעצב את עתיד התעשייה ככל שהדבר נמשך
ההבדל העיקרי בין סוללות מבוססות גרפן לסוללות מוצק הוא הרכב האלקטרודות. למרות שקתודות משתנות לעתים קרובות, ניתן להשתמש באלוטרופים של פחמן גם לייצור אנודות.
בשנים האחרונות, האינטרנט של הדברים מיושם במהירות כמעט בכל התחומים, אך הוא חשוב במיוחד בתעשיית הרכב החשמלי.