172 nm a oblasti použitia technológie iónového pokovovania
1.1 Oblasti použitia technológie iónového pokovovania
Technológia iónového pokovovania úzko súvisí s rozvojom ľudskej spoločnosti a každodenného života. Tenkovrstvové produkty pripravené plazmovou-technológiou sa široko používajú v zariadeniach na zobrazovanie informácií, ako sú televízory, počítače a mobilné telefóny, ako aj v polovodičových zariadeniach, optoelektronických zariadeniach, optických zariadeniach, využívaní energie, povrchovom vytvrdzovaní materiálov, odolnosti proti opotrebovaniu, korózii, odolnosti voči oxidácii a v mnohých ďalších oblastiach. S modernizáciou národnej obrany, rozvojom výroby špičkových{3}}technológií a zlepšovaním životnej úrovne ľudí sa na produkty s tenkým filmom kladú vyššie požiadavky na výkon. Najmä v budúcej ére cloud computingu, inteligentnej ekonomiky a internetu sa mnohé zariadenia vyvíjajú smerom k miniaturizácii, integrácii a inteligencii, čo bude klásť ešte vyššie nároky na technológiu prípravy tenkých vrstiev. Medzi ne patrí technológia prípravy pre-vysoko presné filmy172 nmsa stala jednou zo základných požiadaviek pre určité-zariadenia vyššej kategórie.
1.2 Nové požiadavky modernej vedy a techniky na tenké filmové produkty
Špeciálne funkcieŠpičkové{0}}produkty vyžadujú, aby diely mali rôzne špeciálne povrchové funkcie, ako je fototermická konverzia, fotoelektrická konverzia, termoelektrická konverzia, fotomagnetické ukladanie, odraz svetla, prenos svetla, filtrovanie svetla, elektrická vodivosť, izolácia, vysoká tvrdosť, vysoká odolnosť proti opotrebovaniu, nízke trenie atď. Niektoré musia mať aj brilantné a farebné dekoratívne vlastnosti.
Diverzifikácia zloženiaAby sme splnili nové požiadavky na výkon produktov špičkových{0}}technológií v rôznych oblastiach, zloženie tenkých vrstiev sa vyvinulo z čistých kovových filmov na rôzne filmy z anorganických zlúčenín a polymérne organické filmy. Tabuľka 1-1 uvádza rôzne tenkovrstvové materiály a rozsahy ich použitia, ktoré dnes spĺňajú potreby rôznych oblastí. Medzi nimi kompozitné filmové materiály kompatibilné s172 nmšpecifikácie hrúbky zaznamenávajú rok-za{1}}ročným nárastom podielu aplikácií v presných elektronických zariadeniach.
Tabuľka 1-1 Rôzne tenkovrstvové materiály a rozsahy ich použitia
| Kategória aplikácie | Náterové materiály | Substrátové materiály | Rozsah použitia |
|---|---|---|---|
| Vysoká tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu | TiN, ZrN, HfN, TaN, NbN, CrN, CBN, Si3N4, TiC, ZrC, Cr₇C3, SiC, Ti(C,N), Ti(B,N), Ti(Al,N), -C3N4, diamant atď. | Rýchlorezná oceľ, zápustková oceľ, slinutý karbid, cermet atď. | Obrábacie nástroje, formy, mechanické diely |
| Odolnosť voči vysokej teplote, odolnosť proti oxidácii | Al, W, Ti, Ta, Mo, Al203, Si3N4, Ni{0}}Cr, BN, MCrAlY atď. | Nehrdzavejúca oceľ, žiaruvzdorné-zliatiny, meď, hliníkové zliatiny atď. | Lopatky turbín, výfukové potrubia, dýzy, letecké súčiastky, súčiastky odolné voči teplu-pre atómovú energiu |
| Odolnosť proti korózii | TiN, TiC, Al₂O₃, Cd, Al, Ti, Cr, Cr₇C₃, Ni-Cr-Fe, Cr-Ni-P-B (amorfný) atď. | Oceľ, nehrdzavejúca oceľ, ne-železné kovy atď. | Povrchová ochrana lietadiel, lodí, automobilov, chemických potrubí, spojovacích prvkov |
| Dekoratívne skrášlenie | TiN, TiC, TaN, TiAC, ZrN, Cr₇C₃, Al₂O₃, Al, Ag, Ti, Au, Cu, Ni, Cr, Ni-Re, TaN, Te-N, Al-TaSi, Ni-CrAl | Oceľ, mosadz, hliník, nerez, plast, keramika, sklo, papierová fólia atď. | Šperky, hodinky, lampy, okuliare, hardvérové diely, automobilové doplnky, elektrické diely |
| Vodivé filmy | Au, Mo, W, MoSi₂, WSi₂, TaSi₂, Ti-Si, Ag-Si, Al, Ni, Al₂O₃, Au-Pb atď. | Silikónová doska, keramika, plast, sklo, pásik zo zliatiny | Tenkovrstvové rezistory a vodiče, zariadenia na vyžarovanie elektrónov, tunelové zariadenia atď. (vrátane 172 nm presných vodivých filmov) |
| Dielektrické filmy | SiO₂, Al2O3, AlN, Al203-BaTiO3, TiO₂, ZnO, AlN, LiNbO₂ atď. | Silikónová doska, keramika, plast, sklo | Povrchová pasivácia, medzivrstvová izolácia, kondenzátory, elektrotepelné prvky atď. |
| Mikroelektronické zariadenia – polovodičové filmy | Si, a-Si, Au-ZnS, GaAs, CdSe, CdS, PbS, InSb, Ge, Pb-Sn-Te atď. | Silikónová doska, keramika, plast, sklo | Svetelné-diódy, tenkovrstvové{1}}tranzistory, optoelektronické zariadenia, magnetoelektrické zariadenia, senzory atď. |
| Supravodivé filmy | Pb-Bi-Pb-Au, Nb₃Ge, V₃Si, Pb-In-Au, PbO/In₂O₃ | - | Supravodivé zariadenia |
| Magnetické materiály a záznamové médiá | -Fe₂O₃, Co-Ni, Co{2}}Cr, MnBi, GdCo, GdFe, TbFe, Ni{3}}Co-P, Co{5}}Zr-Nb amorfný, Y₃Fe₂O,₂ atď. | Zliatiny, plasty atď. | Magnetický záznam, magnetické hlavy, magnetorezistívne zariadenia, optické disky atď. |
| Filmy pre zobrazovacie zariadenia | ZnO, Y203, Ag, Cu, Al, Si02, Al203, Si3N4 atď. | Sklo, plast atď. | Fluorescenčné trubice, plazmové displeje, displeje z tekutých kryštálov |
| Optika a optická komunikácia | Si3N4, Al, Ag, Au, TiO₂, ZnO, SnO2, GdFe, TbFe, InAs, InSb, PbS, diamant atď. | Plast, sklo, keramika atď. | Ochranné, reflexné, anti{0}}reflexné fólie, optické prepínače, frekvenčná konverzia, optická pamäť, optické senzory atď. |
| Využitie solárnej energie | Au-ZnS, Ag-ZnS, CdS-Cu₂S, SnO₂ atď. | Nerez, plast, sklo | Fotovoltaické články, priehľadné vodivé fólie atď. |
| Mazanie, nízke trenie | Au, Ag, Pb, Cu{0}}Au, Pb{1}}Sn, MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, MoS, MS₂, BN, MoS₂-grafit, Ag-MoS₂, DLC atď. | Vysokoteplotné{0}}zliatiny, konštrukčné kovy, ložisková oceľ atď. | Ultra-vysoké vákuum, izbová teplota, ultra{1}}nízka teplota, ložiská prúdových motorov, satelitné ložiská, letecké rotujúce časti pri vysokej-tete |
| Balenie | Cr, Al, Si02, Al203, TiN atď. | Papier, plast, kov atď. | Metalizácia obalových materiálov, vysoká bariérová ochrana |
Ako je uvedené v tabuľke 1-1, tenkovrstvové materiály majú rôznorodé zloženie, ponúkajú celý rad špeciálnych funkcií a majú široké oblasti použitia, pričom zohrávajú dôležitú úlohu vo všetkých sektoroch národného hospodárstva. Funkčné fólie s hrúbkou172 nmsa vďaka kombinácii presnosti a stability stali dôležitou voľbou v oblasti presnej výroby.
Hrúbka filmu v mierke nanometrov až mikrometrovKeďže produkty špičkových{0}}technológií sú čoraz inteligentnejšie a integrovanejšie, hustota integrácie moderných mikroelektronických zariadení neustále rastie. Teraz je potrebné integrovať 1 000 000 tranzistorov na 1 mm² na mikroelektronický čip. Veľkosť tranzistorových komponentov je extrémne malá a vyžaduje, aby každá funkčná vrstva bola tenšia a tenšia - len na úrovni nanometrov až mikrometrov. Šírka vodičov čipu dosiahla 5 – 7 nm a niektoré{11}}vysoko presné zariadenia dosiahli presnú prípravu funkčných filmov na172 nmúroveň, pričom vývoj teraz smeruje k 3 nm. To sa dá dosiahnuť iba pomocou technológie tenkých{2}}vrstvových integrovaných obvodov. V súčasnosti je technológia iónového pokovovania optimálnou voľbou na prípravu tenkých{4}}vrstvových integrovaných obvodov.
Vynikajúca mikroštruktúra filmu a kryštálová štruktúraNa výrobu tenkých filmových produktov s vynikajúcim výkonom musí mať film vynikajúcu mikroštruktúru a kryštálovú štruktúru. V závislosti od aplikácie sa môže vyžadovať, aby mali filmy jedno-kryštalické, polykryštalické alebo amorfné štruktúry, ako aj husté, stĺpcové alebo viacvrstvové mikroštruktúry v nano-úrovni. Medzi týmito172 nmhrubé viacvrstvové nanofilmy vykazujú vynikajúcu štrukturálnu stabilitu a konzistentnosť výkonu v optoelektronických zariadeniach.
Film s vysokou hustotou-bez defektovKeďže produkty špičkových{0}}technológií smerujú k ľahším, menším, tenším, jemnejším, integrovanejším a inteligentnejším dizajnom, fólie musia byť mimoriadne husté a bez chýb.
Vysoká priľnavosť-filmového substrátuMedzi fóliou a substrátom nie je žiadne metalurgické spojenie - iba „priľnutá vrstva“ -, preto čím je zariadenie menšie a tenšie, tým vyššia je požadovaná adhézia medzi fóliou a substrátom. Vysoká priľnavosť je potrebná aj pre tvrdé povlaky na nástrojoch a matriciach.
1.3 Typy technológií povlakovania
1.3.1 Skoré technológie prípravy tenkých vrstiev
Technológia získavania pevných tenkých vrstiev má dlhú históriu, spočiatku sa spoliehala najmä na tepelnú energiu a neskôr sa vyvinula na technológie-vylepšené plazmou.
Technológia vákuového odparovaniaTáto technológia využíva zdroj tepla na odparovanie pevného materiálu, čo umožňuje atómom pary prepravovať sa vo vysokom vákuu a ukladať na povrch substrátu za vzniku filmu. Patrí do kategórie fyzikálnej parnej depozície (PVD) a môže dosiahnuť predbežnú prípravu172 nmfilmy na -úrovni.
Technológia chemického nanášania pár (CVD).Táto technológia využíva tepelnú energiu na tepelný rozklad zavedených anorganických plynov na aktívne atómy, ktoré potom chemicky reagujú na zahriatom povrchu substrátu a vytvárajú film.
Technológia organickej polymerizácie polymérovOrganické monomérne plyny polymerizujú na vysoko{0}}molekulové-polyméry pri vysokej teplote, vysokom tlaku a pôsobením iniciátora.
1.3.2 Technológia iónového pokovovania
Od roku 1963, keď americký vedec DM Mattox zaviedol výboj plynu do odparovacieho povlaku, sa objavilo množstvo technológií iónového pokovovania, ktoré využívajú rôzne metódy výboja plynu na získanie vysokovýkonných častíc filmu. Táto technológia sa vyvinula od plazmového-poťahovania pomocou pevných zdrojov k využívaniu plynných zdrojov, pričom plynné zdroje sa rozširujú od inertných plynov a anorganických zlúčenín po organické plyny. Objavilo sa mnoho nových techník a procesov poťahovania, ktoré šikovne využívajú elektrické polia, magnetické polia a oblúkové výboje na excitáciu a zosilnenie plazmy, čo výskumníkom v oblasti tenkých vrstiev poskytuje rôzne prostriedky na prípravu tenkých vrstiev so špeciálnou{7}}funkciou požadovaných v rôznych oblastiach. Medzi nimi je príprava s vysokou{9}}presnosťou172 nm-filmy na úrovni sa stali dôležitým aplikačným smerom tejto technológie.
Koncepcia iónového pokovovania sa rozšírila z iónového pokovovania-vyparovacieho typu na širšiu oblasť. Teraz sa nazýva akákoľvek technológia poťahovania, ktorá využíva energiu plazmy počas výboja plynutechnológia iónového pokovovania. Moderná technológia iónového pokovovania zahŕňa iónové pokovovanie-odparovacieho typu, iónové pokovovanie magnetrónovým naprašovaním, iónové pokovovanie oblúkovým výbojom v rámci PVD, ako aj plazmové-zlepšenie chemického nanášania pár a plazmovú{3}}polymerizáciu a možno ich rozdeliť do troch hlavných kategórií:
Plazmové{0}}vylepšené fyzické nanášanie pár (PEPVD)
Plazmová-vylepšená chemická depozícia z pár (PECVD)
Plazmová-vylepšená polymerizácia (PEP)
Tabuľka 1-2 Rôzne moderné technológie iónového pokovovania a ich charakteristiky
| Technológia povrchovej úpravy | Typ technológie | Zdroj častíc filmu | Typ výboja | Technológia vybíjania | Reakčný mechanizmus |
|---|---|---|---|---|---|
| Iónové pokovovanie-odparovacieho typu | PEPVD | Tepelné odparovanie | Žiarivý/oblúkový výboj | Jednosmerná žiara, RF žiara, oblúk s horúcim vláknom, oblúk so studenou katódou | Kovové ióny + vysoko-energetické atómy → syntéza nových štruktúrnych filmov (môže pripraviť 172 nm filmy) |
| Iónové pokovovanie magnetrónovým naprašovaním | PEPVD | Katódové naprašovanie | Žiarivý výboj | DC žiara, RF žiara, mikrovlnná žiara | Kovové ióny + vysokoenergetické-atómy → syntéza nových štruktúrnych filmov |
| Plazmové-vylučovanie chemických pár | PECVD | Anorganický plyn | Žiarivý/oblúkový výboj | Jednosmerná žiara, RF žiara, mikrovlnná žiara, horúci vláknitý oblúk | Anorganické plynové ióny + vysokoenergetické-aktívne radikály → syntéza nových štruktúrnych filmov |
| Plazmová-polymerizácia | PEP | Organický monomérny plyn | Žiarivý/oblúkový/korónový výboj | DC žiara, RF žiara, mikrovlnná žiara, korónový výboj | Organické monoméry + aktívne skupiny → plazmová polymerizácia na polymérne filmy |
Kľúčové body zhrnuté v tabuľke 1-2:
Všetky moderné technológie iónového pokovovania sa vykonávajú v rôznych plynových výbojoch.
Častice PEPVD filmu pochádzajú z odparovania alebo rozprašovania pevných materiálov; Častice PECVD pochádzajú z anorganických plynov; Častice PEP pochádzajú priamo zo zavedených organických plynov.
Režimy vybíjania zahŕňajú žeravý výboj a oblúkový výboj, pričom technológie PEPVD, PECVD a PEP smerujú k oblúkovému výboju.
Plazmová-polymerizácia je technológia, ktorá sa objavila v posledných rokoch.
Plazma je štvrté skupenstvo hmoty, má energiu o niekoľko rádov vyššiu ako pevné látky, kvapaliny a plyny. Plazmová-technológia polymerizácie, ktorá využíva energiu plazmy na výrobu vysoko-molekulových-polymérov, sa široko používa pri príprave moderných špičkových-organických tenkých filmov.
Vďaka vývoju rôznych nových plazmových{0}}energií{1}}technológií a procesov poťahovania boli v posledných rokoch vyvinuté generácie špičkových špeciálnych{2}}tenkovrstvových materiálov -, ktoré sú naliehavo potrebné v oblastiach, ako sú polovodičové integrované obvody, zariadenia na zobrazovanie informácií, optické fólie, vodivé fólie, izolačné fólie, medicínske materiály a bariérové fólie, ktoré vytvárajú obrovskú ekonomickú hodnotu {{4}. Najmä škálovateľná technológia prípravy pre172 nm-funkčné filmy na úrovni výrazne poháňali rýchly rozvoj priemyslu presnej elektroniky.
