უფრო მჭიდრო დათვალიერება თხელი ფირის დეპონირების ტექნოლოგიაზე

თხელი ფილმები კვლავ იპყრობს მკვლევართა ყურადღებას. ეს სტატია წარმოადგენს მიმდინარე და უფრო სიღრმისეულ კვლევას მათი აპლიკაციების, ცვლადი დეპონირების მეთოდებისა და სამომავლო გამოყენების შესახებ.
"ფილმი" არის ფარდობითი ტერმინი ორგანზომილებიანი (2D) მასალისთვის, რომელიც ბევრად უფრო თხელია ვიდრე მისი სუბსტრატი, იქნება ეს გამიზნული სუბსტრატის დასაფარად თუ ორ ზედაპირს შორის მოქცეული. მიმდინარე სამრეწველო აპლიკაციებში, ამ თხელი ფენების სისქე ჩვეულებრივ მერყეობს ქვენანომეტრის (ნმ) ატომური ზომებიდან (ანუ <1 ნმ) რამდენიმე მიკრომეტრამდე (μm). ერთშრიანი გრაფენის სისქე ერთი ნახშირბადის ატომია (ანუ ~0,335 ნმ).
ფილმებს პრეისტორიულ ხანაში იყენებდნენ დეკორატიული და ფერწერული მიზნებისთვის. დღეს, ძვირადღირებული ნივთები და სამკაულები დაფარულია ძვირფასი ლითონების თხელი ფენებით, როგორიცაა ბრინჯაო, ვერცხლი, ოქრო და პლატინი.
ფილმების ყველაზე გავრცელებული გამოყენებაა ზედაპირების ფიზიკური დაცვა აბრაზიისგან, დარტყმისგან, ნაკაწრებისგან, ეროზიისგან და აბრაზიებისგან. ალმასის მსგავსი ნახშირბადი (DLC) და MoSi2 ფენები გამოიყენება საავტომობილო ძრავების დასაცავად ცვეთისა და მაღალი ტემპერატურის კოროზიისგან, რომელიც გამოწვეულია მექანიკურ მოძრავ ნაწილებს შორის ხახუნისგან.
თხელი ფირები ასევე გამოიყენება რეაქტიული ზედაპირების გარემოსგან დასაცავად, იქნება ეს დაჟანგვა თუ დატენიანება ტენიანობის გამო. დამცავ გამტარ ფილმებს დიდი ყურადღება მიექცა ნახევარგამტარული მოწყობილობების, დიელექტრიკული ფირის გამყოფების, თხელი ფირის ელექტროდების და ელექტრომაგნიტური ჩარევის სფეროებში. კერძოდ, ლითონის ოქსიდის ველის ეფექტის ტრანზისტორები (MOSFET) შეიცავს ქიმიურად და თერმულად მდგრად დიელექტრიკულ ფილმებს, როგორიცაა SiO2, ხოლო დამატებითი ლითონის ოქსიდის ნახევარგამტარები (CMOS) შეიცავს გამტარ სპილენძის ფილებს.
თხელი ფილმის ელექტროდები რამდენჯერმე ზრდის ენერგიის სიმკვრივის თანაფარდობას სუპერკონდენსატორების მოცულობასთან. გარდა ამისა, მეტალის თხელი ფირები და ამჟამად MXenes (გარდამავალი ლითონის კარბიდები, ნიტრიდები ან კარბონიტრიდები) პეროვსკიტის კერამიკული თხელი ფირები ფართოდ გამოიყენება ელექტრონული კომპონენტების ელექტრომაგნიტური ჩარევისგან დასაცავად.
PVD-ში სამიზნე მასალა ორთქლდება და გადადის ვაკუუმურ კამერაში, რომელიც შეიცავს სუბსტრატს. ორთქლი იწყებს დეპონირებას სუბსტრატის ზედაპირზე უბრალოდ კონდენსაციის გამო. ვაკუუმი ხელს უშლის მინარევების შერევას და ორთქლის მოლეკულებსა და ნარჩენ გაზის მოლეკულებს შორის შეჯახებას.
ორთქლში შეყვანილი ტურბულენტობა, ტემპერატურული გრადიენტი, ორთქლის ნაკადის სიჩქარე და სამიზნე მასალის ფარული სითბო მნიშვნელოვან როლს თამაშობს ფირის ერთგვაროვნებისა და დამუშავების დროის განსაზღვრაში. აორთქლების მეთოდები მოიცავს რეზისტენტულ გათბობას, ელექტრონული სხივის გათბობას და ახლახან მოლეკულური სხივის ეპიტაქსიას.
ჩვეულებრივი PVD-ის უარყოფითი მხარეა მისი უუნარობა აორთქლოს ძალიან მაღალი დნობის წერტილის მასალები და სტრუქტურული ცვლილებები, რომლებიც გამოწვეულია დეპონირებულ მასალაში აორთქლება-კონდენსაციის პროცესის გამო. მაგნიტრონის დაშლა არის შემდეგი თაობის ფიზიკური დეპონირების ტექნიკა, რომელიც წყვეტს ამ პრობლემებს. მაგნეტრონული ჭურვის დროს, სამიზნე მოლეკულები გამოიდევნება (იფრქვევა) ენერგიული დადებითი იონებით დაბომბვით მაგნიტრონის მიერ წარმოქმნილი მაგნიტური ველის მეშვეობით.
თხელ ფენებს განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს თანამედროვე ელექტრონულ, ოპტიკურ, მექანიკურ, ფოტონიკურ, თერმულ და მაგნიტურ მოწყობილობებსა და დეკორატიულ ნივთებსაც კი მათი მრავალფეროვნების, კომპაქტურობისა და ფუნქციონალური თვისებების გამო. PVD და CVD არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული ორთქლის დეპონირების მეთოდები თხელი ფენების წარმოებისთვის, სისქის რამდენიმე ნანომეტრიდან რამდენიმე მიკრომეტრამდე.
დეპონირებული ფირის საბოლოო მორფოლოგია გავლენას ახდენს მის შესრულებასა და ეფექტურობაზე. თუმცა, თხელი ფირის აორთქლებადი დეპონირების ტექნიკა საჭიროებს შემდგომ კვლევას თხელი ფირის თვისებების ზუსტად პროგნოზირებისთვის პროცესის ხელმისაწვდომ შეყვანებზე, შერჩეულ სამიზნე მასალებსა და სუბსტრატის თვისებებზე დაყრდნობით.
ნახევარგამტარების გლობალური ბაზარი საინტერესო პერიოდში შევიდა. ჩიპების ტექნოლოგიაზე მოთხოვნამ ხელი შეუწყო და შეანელა ინდუსტრიის განვითარება და, სავარაუდოდ, ჩიპების ამჟამინდელი დეფიციტი გაგრძელდება გარკვეული დროის განმავლობაში. მიმდინარე ტენდენციები, სავარაუდოდ, აყალიბებს ინდუსტრიის მომავალს, რადგან ეს გრძელდება
ძირითადი განსხვავება გრაფენზე დაფუძნებულ ბატარეებსა და მყარი მდგომარეობის ბატარეებს შორის არის ელექტროდების შემადგენლობა. მიუხედავად იმისა, რომ კათოდები ხშირად იცვლება, ნახშირბადის ალოტროპები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ანოდების დასამზადებლად.
ბოლო წლებში ნივთების ინტერნეტი სწრაფად დანერგილია თითქმის ყველა სფეროში, მაგრამ ის განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ელექტრომობილების ინდუსტრიაში.