เจาะลึกเทคโนโลยีการสะสมฟิล์มบางอย่างใกล้ชิด

ฟิล์มบางยังคงดึงดูดความสนใจของนักวิจัยต่อไป บทความนี้นำเสนอการวิจัยเชิงลึกในปัจจุบันและเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับการประยุกต์ วิธีการสะสมแบบแปรผัน และการใช้งานในอนาคต
“ฟิล์ม” เป็นคำที่สัมพันธ์กันสำหรับวัสดุสองมิติ (2D) ที่บางกว่าซับสเตรตมาก ไม่ว่าจะมีวัตถุประสงค์เพื่อคลุมซับสเตรตหรือประกบระหว่างสองพื้นผิวก็ตาม ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ความหนาของฟิล์มบางเหล่านี้มักมีตั้งแต่ขนาดต่ำกว่านาโนเมตร (นาโนเมตร) (เช่น <1 นาโนเมตร) ไปจนถึงหลายไมโครเมตร (μm) กราฟีนชั้นเดียวมีความหนาเท่ากับอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอม (เช่น ~0.335 นาโนเมตร)
ภาพยนตร์ถูกนำมาใช้เพื่อการตกแต่งและการถ่ายภาพในสมัยก่อนประวัติศาสตร์ ปัจจุบัน สินค้าฟุ่มเฟือยและเครื่องประดับถูกเคลือบด้วยฟิล์มบางๆ ของโลหะมีค่า เช่น ทองแดง เงิน ทอง และแพลทินัม
การใช้ฟิล์มที่พบบ่อยที่สุดคือการปกป้องพื้นผิวทางกายภาพจากการเสียดสี การกระแทก รอยขีดข่วน การกัดเซาะ และการเสียดสี ชั้นคาร์บอนคล้ายเพชร (DLC) และ MoSi2 ใช้เพื่อปกป้องเครื่องยนต์ยานยนต์จากการสึกหรอและการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงซึ่งเกิดจากการเสียดสีระหว่างชิ้นส่วนกลไกที่เคลื่อนไหว
ฟิล์มบางยังใช้เพื่อปกป้องพื้นผิวที่เกิดปฏิกิริยาจากสิ่งแวดล้อม ไม่ว่าจะเป็นออกซิเดชันหรือไฮเดรชั่นเนื่องจากความชื้น ฟิล์มนำไฟฟ้าป้องกันได้รับความสนใจอย่างมากในด้านอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ตัวแยกฟิล์มอิเล็กทริก อิเล็กโทรดฟิล์มบาง และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามโลหะออกไซด์ (MOSFET) มีฟิล์มอิเล็กทริกที่มีความเสถียรทางเคมีและทางความร้อน เช่น SiO2 และเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม (CMOS) มีฟิล์มทองแดงที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
อิเล็กโทรดแบบฟิล์มบางจะเพิ่มอัตราส่วนของความหนาแน่นของพลังงานต่อปริมาตรของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์หลายเท่า นอกจากนี้ ฟิล์มบางที่เป็นโลหะและฟิล์มบางเซรามิก MXenes (ทรานซิชันโลหะคาร์ไบด์ ไนไตรด์ หรือคาร์โบไนไตรด์) ในปัจจุบันยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกันชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
ใน PVD วัสดุเป้าหมายจะถูกระเหยและถ่ายโอนไปยังห้องสุญญากาศที่มีซับสเตรต ไอระเหยเริ่มสะสมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นเนื่องจากการควบแน่น สุญญากาศป้องกันการผสมของสิ่งสกปรกและการชนกันระหว่างโมเลกุลไอและโมเลกุลก๊าซที่ตกค้าง
ความปั่นป่วนที่เกิดขึ้นในไอน้ำ การไล่ระดับอุณหภูมิ อัตราการไหลของไอน้ำ และความร้อนแฝงของวัสดุเป้าหมายมีบทบาทสำคัญในการพิจารณาความสม่ำเสมอของฟิล์มและเวลาในการประมวลผล วิธีการระเหยประกอบด้วยการให้ความร้อนแบบต้านทาน การให้ความร้อนด้วยลำอิเล็กตรอน และล่าสุดคือ epitaxy ลำแสงโมเลกุล
ข้อเสียของ PVD ทั่วไปคือการไม่สามารถทำให้วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงมากกลายเป็นไอได้ และการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างที่เกิดขึ้นในวัสดุที่สะสมอยู่เนื่องจากกระบวนการระเหย-ควบแน่น การสปัตเตอร์แมกนีตรอนเป็นเทคนิคการสะสมทางกายภาพยุคต่อไปที่ช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้ ในการสปัตเตอร์แมกนีตรอน โมเลกุลเป้าหมายจะถูกดีดออก (สปัตเตอร์) โดยการทิ้งระเบิดด้วยไอออนบวกที่มีพลังผ่านสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยแมกนีตรอน
ฟิล์มบางครอบครองตำแหน่งพิเศษในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ออพติคัล เครื่องกล โฟโตนิก ความร้อน และแม่เหล็กสมัยใหม่ และแม้กระทั่งของตกแต่งเนื่องจากความอเนกประสงค์ ความกะทัดรัด และคุณสมบัติการใช้งาน PVD และ CVD เป็นวิธีการสะสมไอที่ใช้กันมากที่สุดในการผลิตฟิล์มบางที่มีความหนาตั้งแต่ไม่กี่นาโนเมตรไปจนถึงไม่กี่ไมโครเมตร
สัณฐานวิทยาขั้นสุดท้ายของฟิล์มที่สะสมจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของฟิล์ม อย่างไรก็ตาม เทคนิคการสะสมด้วยการระเหยของฟิล์มบางจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อคาดการณ์คุณสมบัติของฟิล์มบางอย่างแม่นยำ โดยพิจารณาจากปัจจัยอินพุตของกระบวนการที่มีอยู่ วัสดุเป้าหมายที่เลือก และคุณสมบัติของซับสเตรต
ตลาดเซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลกได้เข้าสู่ช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้น ความต้องการเทคโนโลยีชิปได้กระตุ้นและชะลอการพัฒนาของอุตสาหกรรม และการขาดแคลนชิปในปัจจุบันคาดว่าจะดำเนินต่อไปอีกระยะหนึ่ง แนวโน้มปัจจุบันมีแนวโน้มที่จะกำหนดอนาคตของอุตสาหกรรมในขณะที่สิ่งนี้ยังคงดำเนินต่อไป
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ที่ใช้กราฟีนและแบตเตอรี่โซลิดสเตตคือองค์ประกอบของอิเล็กโทรด แม้ว่าแคโทดมักจะถูกดัดแปลง แต่การแบ่งส่วนของคาร์บอนก็สามารถนำมาใช้สร้างแอโนดได้
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Internet of Things ถูกนำมาใช้อย่างรวดเร็วในเกือบทุกด้าน แต่มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า