Zašto se hrom (Cr) koristi kao adhezioni sloj u taloženju tankog filma?

Zlatni (Au) i bakreni (Cu) filmovi često pokazuju slabu adheziju kada se nanose direktno na staklo, kvarc ili silicijum. Tanki sloj adhezije hroma (Cr) se stoga obično prvo nanosi kako bi se poboljšala pouzdanost vezivanja i premaza.

Pa zašto tako tanak sloj čini toliku razliku?

Zašto zlatne i bakrene folije imaju tendenciju da se ljušte?

Površine stakla, kvarca i silicijuma su hemijski stabilne, što otežava mnogim metalima da formiraju jake veze sa ovim supstratima. Kada se zlato ili bakar talože direktno na ove materijale, film se često oslanja uglavnom na slabe fizičke interakcije na interfejsu, a ne na jaku hemijsku vezu. Kao rezultat toga, premaz se može oljuštiti, popucati ili raslojiti tokom termičkog ciklusa, rezanja na kockice, pakovanja ili drugih procesa nakon{2}}nanošenja.

Razlika dolazi iz svojstava samih metala.

• Zlatoje visoko inertan plemeniti metal sa vrlo niskim afinitetom prema kiseoniku. Umjesto da se vežu sa oksidom{1}}bogatom površinom stakla ili silicijuma, atomi zlata teže jedni drugima. Ovo ograničava adheziju između nanesenog filma i podloge.
• Bakar je hemijski aktivniji od zlata, ali takođe stvara relativno slabu međufaznu vezu sa staklom ili silicijum oksidom pod tipičnim uslovima taloženja. Iz tog razloga, bakarni filmovi često zahtijevaju adhezioni sloj kada se nanose na podloge na bazi oksida-.

Zbog toga se hrom široko koristi kao adhezioni sloj. Postavljen između podloge i funkcionalnog metalnog filma, stvara stabilniji interfejs i značajno poboljšava adheziju premaza.

Kako hrom poboljšava adheziju?

Krom se često opisuje kao adhezioni sloj, ali ne djeluje kao konvencionalni ljepilo. Umjesto toga, stvara stabilnije sučelje između podloge i funkcionalnog metalnog filma, omogućavajući premazu da se sigurnije vezuje.

• Vezivanje za podlogu

Krom je hemijski reaktivniji od metala kao što su zlato ili bakar. Tokom taloženja, lako stupa u interakciju s kisikom na površini stakla, silicijum oksida i mnogih keramičkih supstrata, formirajući tanak međufazni sloj od krom oksida (Cr₂O₃). Ovaj sloj jača vezu između premaza i podloge, pružajući stabilnu osnovu za slojeve nanesene iznad.

• Vezivanje za funkcionalne metale

Osim što se dobro vezuje za podlogu, hrom takođe formira stabilnu vezu sa metalima kao što su zlato, bakar i nikl. Kao rezultat toga, tipična struktura tankog-filma se sastoji od tri sloja:

Podloga → Adhezioni sloj hroma → Funkcionalni metalni film

Sloj hroma služi kao prelazni sloj između podloge i funkcionalnog premaza, poboljšavajući ukupnu adheziju sistema filma.

• Tanak, ali efikasan

Adhezioni sloj hroma je obično samo5–20 nmdebelo. Unatoč svojoj maloj debljini, može značajno poboljšati adheziju premaza bez primjetnog utjecaja na električnu provodljivost, optička svojstva ili druge funkcionalne karakteristike metalnog filma. Ovo je jedan od razloga zašto hrom ostaje jedan od najčešće korištenih materijala za adhezijski-sloj u taloženju tankih-filmova.

Gdje se hrom koristi kao adhezioni sloj?

Zbog svoje sposobnosti da poboljša međufaznu vezu, hrom se široko koristi u taloženju tankih-filmova u raznim industrijama. Tipične primjene uključuju:

• Zlatne folije na staklenim podlogama
• Bakarne veze na silikonskim pločicama
• Optički premazi i reflektirajući filmovi
• MEMS uređaji
• Metalizacija poluprovodnika
• Elektrode senzora
• OLED i displej tehnologije

U većini aplikacija za tanke{0}}filmove, hrom funkcioniše kao donji sloj, a ne kao završni funkcionalni premaz.

Kako se hrom koristi u vakuumskom taloženju?

Kod termičkog isparavanja i isparavanja elektronskim snopom, hrom se obično isporučuje kao izvorni materijal za taloženje tankog{0}}filma. Ovisno o sistemu isparavanja i zahtjevima procesa, dostupan je u nekoliko oblika, uključujući pelete, komade i šipke.Chromium Pelletsse široko koriste u laboratorijskim i industrijskim sistemima premaza jer se lako pune i pružaju stabilno isparavanje.

Za magnetronsko raspršivanje i druge PVD procese, hrom se isporučuje kaoCiljevi za prskanje hroma. Izbor materijala hroma zavisi od procesa taloženja i opreme.

Zaključak

Iako je debeo samo nekoliko nanometara, sloj adhezije hroma igra ključnu ulogu u poboljšanju pouzdanosti premaza. Bilo da se radi o proizvodnji poluprovodnika, optičkim premazima ili istraživačkim aplikacijama, odabir odgovarajućeg materijala hroma je važan dio postizanja pouzdanih performansi tankog-filma.