Dunne films blijven de aandacht van onderzoekers trekken. Dit artikel presenteert huidig en diepgaander onderzoek naar hun toepassingen, variabele depositiemethoden en toekomstig gebruik.
‘Film’ is een relatieve term voor een tweedimensionaal (2D) materiaal dat veel dunner is dan het substraat, ongeacht of het bedoeld is om het substraat te bedekken of om tussen twee oppervlakken te worden ingeklemd. In de huidige industriële toepassingen varieert de dikte van deze dunne films doorgaans van atomaire afmetingen van minder dan nanometer (nm) (dwz <1 nm) tot enkele micrometers (μm). Enkellaags grafeen heeft een dikte van één koolstofatoom (dwz ~0,335 nm).
Films werden in de prehistorie gebruikt voor decoratieve en picturale doeleinden. Tegenwoordig zijn luxe artikelen en sieraden bedekt met dunne films van edele metalen zoals brons, zilver, goud en platina.
De meest voorkomende toepassing van films is de fysieke bescherming van oppervlakken tegen slijtage, stoten, krassen, erosie en schaafwonden. Diamantachtige koolstof (DLC) en MoSi2-lagen worden gebruikt om automotoren te beschermen tegen slijtage en corrosie bij hoge temperaturen veroorzaakt door wrijving tussen mechanisch bewegende delen.
Dunne films worden ook gebruikt om reactieve oppervlakken te beschermen tegen de omgeving, of het nu gaat om oxidatie of hydratatie door vocht. Het afschermen van geleidende films heeft veel aandacht gekregen op het gebied van halfgeleiderinrichtingen, diëlektrische filmscheiders, dunne filmelektroden en elektromagnetische interferentie (EMI). In het bijzonder bevatten metaaloxide veldeffecttransistoren (MOSFET's) chemisch en thermisch stabiele diëlektrische films zoals SiO2, en complementaire metaaloxide halfgeleiders (CMOS) bevatten geleidende koperfilms.
Dunnefilmelektroden verhogen de verhouding tussen de energiedichtheid en het volume van supercondensatoren meerdere malen. Bovendien worden dunne metaalfilms en momenteel MXenen (overgangsmetaalcarbiden, nitriden of carbonitriden) perovskiet-keramische dunne films op grote schaal gebruikt om elektronische componenten te beschermen tegen elektromagnetische interferentie.
Bij PVD wordt het doelmateriaal verdampt en overgebracht naar een vacuümkamer die het substraat bevat. Dampen beginnen zich eenvoudigweg op het oppervlak van het substraat af te zetten als gevolg van condensatie. Het vacuüm voorkomt vermenging van onzuiverheden en botsingen tussen dampmoleculen en restgasmoleculen.
De turbulentie die in de stoom wordt geïntroduceerd, de temperatuurgradiënt, de stoomstroomsnelheid en de latente warmte van het doelmateriaal spelen een belangrijke rol bij het bepalen van de filmuniformiteit en de verwerkingstijd. Verdampingsmethoden omvatten resistieve verwarming, verwarming met elektronenstralen en, meer recentelijk, epitaxie met moleculaire stralen.
De nadelen van conventionele PVD zijn het onvermogen om materialen met een zeer hoog smeltpunt te verdampen en de structurele veranderingen die in het afgezette materiaal worden veroorzaakt als gevolg van het verdamping-condensatieproces. Magnetronsputteren is de volgende generatie fysieke depositietechniek die deze problemen oplost. Bij magnetronsputteren worden doelmoleculen uitgeworpen (sputterd) door bombardement met energetische positieve ionen door een magnetisch veld dat wordt gegenereerd door een magnetron.
Dunne films nemen een speciale plaats in in moderne elektronische, optische, mechanische, fotonische, thermische en magnetische apparaten en zelfs decorartikelen vanwege hun veelzijdigheid, compactheid en functionele eigenschappen. PVD en CVD zijn de meest gebruikte methoden voor dampdepositie om dunne films te produceren met een dikte variërend van enkele nanometers tot enkele micrometers.
De uiteindelijke morfologie van de afgezette film beïnvloedt de prestaties en efficiëntie ervan. Technieken voor dunne-filmverdampingsdepositie vereisen echter verder onderzoek om dunne-filmeigenschappen nauwkeurig te voorspellen op basis van beschikbare procesinputs, geselecteerde doelmaterialen en substraateigenschappen.
De mondiale halfgeleidermarkt is een spannende periode ingegaan. De vraag naar chiptechnologie heeft de ontwikkeling van de industrie zowel gestimuleerd als vertraagd, en het huidige chiptekort zal naar verwachting nog enige tijd aanhouden. Naarmate deze ontwikkelingen zich voortzetten, zullen de huidige trends waarschijnlijk de toekomst van de sector bepalen
Het belangrijkste verschil tussen op grafeen gebaseerde batterijen en vastestofbatterijen is de samenstelling van de elektroden. Hoewel kathodes vaak worden gemodificeerd, kunnen allotropen van koolstof ook worden gebruikt om anoden te maken.
De afgelopen jaren is het Internet of Things op bijna alle gebieden snel geïmplementeerd, maar het is vooral belangrijk in de elektrische auto-industrie.
Posttijd: 23 april 2023