Тонкие пленки продолжают привлекать внимание исследователей. В этой статье представлены текущие и более глубокие исследования их применения, методов осаждения переменных и будущего использования.
«Пленка» — относительный термин для двумерного (2D) материала, который намного тоньше, чем его подложка, независимо от того, предназначен ли он для покрытия подложки или для размещения между двумя поверхностями. В современных промышленных применениях толщина этих тонких пленок обычно варьируется от атомных размеров субнанометра (нм) (т.е. <1 нм) до нескольких микрометров (мкм). Однослойный графен имеет толщину в один атом углерода (т.е. ~0,335 нм).
В доисторические времена пленки использовались в декоративных и изобразительных целях. Сегодня предметы роскоши и ювелирные изделия покрываются тонкими пленками драгоценных металлов, таких как бронза, серебро, золото и платина.
Наиболее распространенным применением пленок является физическая защита поверхностей от истирания, ударов, царапин, эрозии и потертостей. Слои алмазоподобного углерода (DLC) и MoSi2 используются для защиты автомобильных двигателей от износа и высокотемпературной коррозии, вызванной трением между механическими движущимися частями.
Тонкие пленки также используются для защиты реактивных поверхностей от воздействия окружающей среды, будь то окисление или гидратация из-за влаги. Экранирующим проводящим пленкам уделяется большое внимание в области полупроводниковых приборов, диэлектрических пленочных сепараторов, тонкопленочных электродов и электромагнитных помех (ЭМИ). В частности, металлооксидные полевые транзисторы (МОП-транзисторы) содержат химически и термически стабильные диэлектрические пленки, такие как SiO2, а комплементарные металлооксидные полупроводники (КМОП) содержат проводящие медные пленки.
Тонкопленочные электроды увеличивают отношение плотности энергии к объему суперконденсаторов в несколько раз. Кроме того, тонкие металлические пленки и в настоящее время тонкие керамические пленки из перовскита MXenes (карбиды, нитриды или карбонитриды переходных металлов) широко используются для защиты электронных компонентов от электромагнитных помех.
При PVD целевой материал испаряется и переносится в вакуумную камеру, содержащую подложку. Пары начинают оседать на поверхности подложки просто за счет конденсации. Вакуум предотвращает смешивание примесей и столкновения молекул пара и молекул остаточного газа.
Турбулентность, вносимая в пар, градиент температуры, скорость потока пара и скрытое тепло целевого материала играют важную роль в определении однородности пленки и времени обработки. Методы испарения включают резистивный нагрев, нагрев электронным лучом и, в последнее время, молекулярно-лучевую эпитаксию.
Недостатками традиционного PVD являются его неспособность испарять материалы с очень высокой температурой плавления и структурные изменения, вызываемые в осажденном материале в результате процесса испарения-конденсации. Магнетронное распыление — это метод физического осаждения нового поколения, который решает эти проблемы. При магнетронном распылении молекулы мишени выбрасываются (распыляются) путем бомбардировки энергичными положительными ионами через магнитное поле, создаваемое магнетроном.
Тонкие пленки занимают особое место в современных электронных, оптических, механических, фотонных, тепловых и магнитных устройствах и даже предметах декора благодаря своей универсальности, компактности и функциональным свойствам. PVD и CVD являются наиболее часто используемыми методами осаждения из паровой фазы для получения тонких пленок толщиной от нескольких нанометров до нескольких микрометров.
Окончательная морфология нанесенной пленки влияет на ее характеристики и эффективность. Однако методы испарительного осаждения тонких пленок требуют дальнейших исследований для точного прогнозирования свойств тонких пленок на основе доступных исходных данных процесса, выбранных целевых материалов и свойств подложки.
Мировой рынок полупроводников вступил в захватывающий период. Спрос на чиповые технологии одновременно стимулировал и тормозил развитие отрасли, и ожидается, что нынешняя нехватка чипов сохранится в течение некоторого времени. Текущие тенденции, вероятно, будут определять будущее отрасли, поскольку она продолжается.
Основное различие между батареями на основе графена и твердотельными батареями заключается в составе электродов. Хотя катоды часто модифицируются, для изготовления анодов также можно использовать аллотропы углерода.
В последние годы Интернет вещей быстро внедряется практически во всех сферах, но особенно важен он в отрасли электромобилей.
Время публикации: 23 апреля 2023 г.