Tunna filmer fortsätter att dra till sig forskarnas uppmärksamhet. Den här artikeln presenterar aktuell och mer djupgående forskning om deras tillämpningar, variabla deponeringsmetoder och framtida användningar.
"Film" är en relativ term för ett tvådimensionellt (2D) material som är mycket tunnare än dess substrat, oavsett om det är avsett att täcka substratet eller placeras mellan två ytor. I nuvarande industriella tillämpningar varierar tjockleken på dessa tunna filmer vanligtvis från subnanometer (nm) atomdimensioner (dvs <1 nm) till flera mikrometer (μm). Enkelskiktsgrafen har en tjocklek på en kolatom (dvs. ~0,335 nm).
Filmer användes för dekorativa och bildmässiga ändamål under förhistorisk tid. Idag är lyxvaror och smycken belagda med tunna filmer av ädelmetaller som brons, silver, guld och platina.
Den vanligaste användningen av filmer är det fysiska skyddet av ytor från nötning, stötar, repor, erosion och nötning. Diamantliknande kol (DLC) och MoSi2-skikt används för att skydda bilmotorer från slitage och hög temperaturkorrosion orsakad av friktion mellan mekaniska rörliga delar.
Tunna filmer används också för att skydda reaktiva ytor från miljön, oavsett om det är oxidation eller hydrering på grund av fukt. Avskärmande ledande filmer har fått stor uppmärksamhet inom områdena halvledaranordningar, dielektriska filmseparatorer, tunnfilmselektroder och elektromagnetisk interferens (EMI). I synnerhet innehåller metalloxidfälteffekttransistorer (MOSFETs) kemiskt och termiskt stabila dielektriska filmer såsom SiO2, och komplementära metalloxidhalvledare (CMOS) innehåller ledande kopparfilmer.
Tunnfilmselektroder ökar förhållandet mellan energitäthet och volymen av superkondensatorer med flera gånger. Dessutom används tunna metallfilmer och för närvarande MXenes (övergångsmetallkarbider, nitrider eller karbonitrider) perovskitkeramiska tunna filmer i stor utsträckning för att skydda elektroniska komponenter från elektromagnetiska störningar.
I PVD förångas målmaterialet och överförs till en vakuumkammare som innehåller substratet. Ångor börjar avsättas på ytan av substratet helt enkelt på grund av kondens. Vakuumet förhindrar blandning av föroreningar och kollisioner mellan ångmolekyler och restgasmolekyler.
Turbulensen som införs i ångan, temperaturgradienten, ångflödeshastigheten och det latenta värmet hos målmaterialet spelar en viktig roll för att bestämma filmens enhetlighet och bearbetningstid. Förångningsmetoder inkluderar resistiv uppvärmning, elektronstråleuppvärmning och, på senare tid, molekylär strålepitaxi.
Nackdelarna med konventionell PVD är dess oförmåga att förånga material med mycket hög smältpunkt och de strukturella förändringar som induceras i det avsatta materialet på grund av avdunstning-kondensationsprocessen. Magnetronförstoftning är nästa generations fysiska avsättningsteknik som löser dessa problem. Vid magnetronförstoftning stöts målmolekyler ut (förstoftas) genom bombardement med energiska positiva joner genom ett magnetfält som genereras av en magnetron.
Tunna filmer intar en speciell plats i moderna elektroniska, optiska, mekaniska, fotoniska, termiska och magnetiska enheter och till och med dekorartiklar på grund av deras mångsidighet, kompakthet och funktionella egenskaper. PVD och CVD är de vanligaste metoderna för ångavsättning för att producera tunna filmer som sträcker sig i tjocklek från några nanometer till några mikrometer.
Den slutliga morfologin hos den deponerade filmen påverkar dess prestanda och effektivitet. Emellertid kräver tunnfilmsförångningstekniker ytterligare forskning för att exakt förutsäga tunnfilmsegenskaper baserat på tillgängliga processinsatser, utvalda målmaterial och substrategenskaper.
Den globala halvledarmarknaden har gått in i en spännande period. Efterfrågan på chipteknologi har både stimulerat och bromsat utvecklingen av industrin, och den nuvarande chipbristen förväntas fortsätta under en tid. Nuvarande trender kommer sannolikt att forma branschens framtid när detta fortsätter
Den största skillnaden mellan grafenbaserade batterier och solid state-batterier är elektrodernas sammansättning. Även om katoder ofta modifieras, kan allotroper av kol också användas för att tillverka anoder.
Under de senaste åren har Internet of Things implementerats snabbt inom nästan alla områden, men det är särskilt viktigt inom elfordonsbranschen.
Posttid: 2023-apr-23