December 11, 2017
------------ oleh Donald M. Mattox, Direktur Teknik SVC
pengantar
Vacuum adalah lingkungan dimana tekanan gas kurang dari pada ambien. Plasma adalah lingkungan gas dimana ada cukup ion dan elektron karena ada konduktivitas listrik yang cukup besar. Lapisan vakum adalah pengendapan film atau lapisan di lingkungan vakum (atau plasma dengan tekanan rendah). Umumnya istilah ini diterapkan pada proses yang mengatur atom (atau molekul) satu per satu seperti deposisi uap fisik (PVD) atau proses deposisi uap kimia bertekanan rendah (LP-CVD) atau CVD plasma (PECVD). Dalam proses PVD, material yang diendapkan berasal dari penguapan permukaan padat atau cair. Dalam proses CVD, bahan yang disimpan berasal dari spesies prekursor uap kimia yang didekomposisi oleh reduksi atau dekomposisi termal - kebanyakan pada permukaan yang panas.
Dalam beberapa kasus, material yang didepositkan bereaksi dengan lingkungan gas atau spesies codeposited untuk membentuk film dari bahan majemuk seperti oksida, nitrida, karbida, atau karbonitrida. Dalam pemrosesan CVD, penggunaan plasma untuk memecah prekursor uap kimia dalam fasa uap memungkinkan proses dekomposisi atau reduksi berlanjut pada suhu yang lebih rendah daripada dengan aktivasi termal saja. PECVD dapat dilakukan pada tekanan serendah yang digunakan dalam pemrosesan PVD (PECVD bertekanan rendah, LP-PECVD), dimana uap prekursor terdekomposisi terutama di plasma. Dalam beberapa kasus, proses pengendapan hibrida PVD dan LP-PECVD digunakan untuk menyetorkan paduan, komposit, atau senyawa. Contohnya adalah karbonitrida logam dimana karbon berasal dari prekursor uap kimia seperti asetilena; nitrogen berasal dari gas; dan logam dari penguapan, sputtering, atau penguapan busur dari permukaan padat atau cair.
Film Konduktif Listrik
Film logam adalah film konduktor listrik yang paling umum. Film logam dapat digunakan sebagai "selimut" metallizations atau dapat dibentuk menjadi garis konduktor diskrit ("garis") dengan menutupi substrat selama pengendapan atau dengan proses etsa fotolitektur berikutnya. Garis konduktor digunakan dalam teknologi microcircuit hibrida dan dalam pembuatan perangkat semikonduktor. Seringkali, konduktor listrik adalah film multilayer (tumpukan) dimana setiap lapisan memiliki fungsi. Sebagai contoh, lapisan film konduktor mungkin memiliki komposisi: kaca-Ti-Pd-Cu-Au. Titanium (Ti) adalah lapisan "lem", paladium (Pd) memberikan ketahanan terhadap korosi, tembaga (Cu) adalah konduktor listrik, dan emas (Au) memberikan perlindungan korosi. Deposisi logam konduktor dalam "vias" digunakan dalam membangun kontak listrik antara lapisan yang berbeda dalam pembuatan perangkat semikonduktor. Metalisasi blanket digunakan untuk memberikan interferensi elektromagnetik (EMI) dan interferensi frekuensi radio (RFI) yang melindungi struktur seperti kasus plastik untuk telepon seluler, elektroda untuk elektroda kapasitor yang kaku dan fleksibel, dan permukaan radar "sekam."
Film logam nitrida, karbida, dan silisida umumnya bersifat elektrik konduktif (Si 3 N 4 dan AlN adalah pengecualian penting). Dalam beberapa aplikasi, film dari bahan tahan api ini digunakan untuk memberikan hambatan difusi antar material. Misalnya, dalam metalisasi semikonduktor, bahan elektroda aluminium atau emas akan berdifusi ke dalam silikon selama pemrosesan suhu tinggi. Film nitrida titanium konduktif elektrik yang diendapkan pada permukaan silikon sebelum elektroda logam diendapkan akan mencegah difusi. Menghasilkan kontak semikonduktor logam yang stabil, elektrik konduktif, nonrektif, logam logam atau senyawa silisida logam merupakan aspek penting fabrikasi perangkat semikonduktor. Logam nitrida seperti tantalum nitrida (TaN) digunakan sebagai bahan resistor film tipis. Oksida konduktif nontransparen seperti kromium trioksida (Cr 2 O 3 ), oksida timbal (PbO), dan rutenium oxygen (RuO) digunakan sebagai elektroda di atmosfer pengoksidasi suhu tinggi.
Superkonduktor adalah material yang mendekati nol tahanan listrik di bawah suhu kritis (T c ). Low-T c (kurang dari [<] 10 Kelvin [K]) superkonduktor sering logam. Bahan superkonduktor high-T c (lebih besar dari 50 K) adalah campuran oksida (oksida yttrium-bismut-tembaga [Y-Bi-Cu], YBCO). Film tipis superkonduktor T sangat sering diendapkan oleh ablasi laser dalam ruang hampa udara.
Konduktor Listrik Transparan
Film oksida konduktif transparan (TCO), seperti indium trioxide (In 2 O 3 ), timah dioksida (SnO 2 ), seng oksida (ZnO) dan paduan indium oxide dan tin oxide (ITO), memiliki banyak aplikasi seperti pemanas. pada jendela untuk pencairan bunga es, lapisan antistatik pada layar display, elektroda pada display panel datar dan perangkat elektrokromik, dan elektroda pada layar sentuh fleksibel (layar resistif) dan layar sentuh kaku (layar kapasitif). Resistivitas listrik untuk film TCO dapat bervariasi dari lebih dari 1.000 ohm per "persegi" menjadi kurang dari 10 ohm per persegi dengan transmisi optik yang baik.
Insulator Listrik
Lapisan penyekat elektrik digunakan untuk mengisolasi komponen konduksi secara elektrik pada perangkat semikonduktor, dan sebagai kapasitor dielektrik. Bahan film insulator umum adalah silikon dioksida (SiO 2 ), aluminium trioksida (Al 2 O 3 ), tantalum pentoksida (Ta 2 O 5 ), silikon nitrida (Si 3 N 4 ), dan aluminium nitrida (AlN). Interposing film oksida tipis antara film logam dan semikonduktor memungkinkan pembentukan perangkat logam-oksida-semikonduktor (MOS) yang penting secara teknologi. Lapisan tebal SiO 2 , dengan koefisien ekspansi termal yang rendah, dapat dikunyah dengan rf. Lapisan insulasi SiO 2 , silikon nitrida (Si 2 N 3 ), dan kaca didepositkan oleh PECVD untuk lapisan enkapsulasi dan insulasi dalam pemrosesan semikonduktor.
Film optik
Film optik, biasanya film multilayer ("tumpukan"), adalah film yang mempengaruhi transmisi optik atau bayangan permukaan. Mereka umumnya bergantian lapisan bahan yang memiliki tinggi (germanium [Ge], Si, TiO 2 , zirkonium dioksida [ZrO 2 ], SiO, cerium dioxide [CeO 2 ]) dan indeks rendah (magnesium fluorida [MgF 2 ], SiO 2 ) pembiasan. Aplikasi utama adalah lapisan antireflection (AR) pada lensa. Tumpukan film optik dapat digunakan sebagai filter optik. Kerapatan netral atau filter abu-abu mengurangi intensitas cahaya sama untuk semua panjang gelombang; Filter broadband mempengaruhi transmisi radiasi pada rentang panjang gelombang yang lebar, sementara filter sempit atau monokromatik memengaruhi transmisi di atas wilayah gelombang yang sangat sempit. Contoh filter broadband adalah "filter tepi" yang "memotong" sinar ultraviolet (UV) yang dipancarkan oleh lampu uap merkuri. Contoh filter narrow-band adalah filter warna yang digunakan dalam fotografi dan proyektor.
Beberapa tumpukan film adalah jenis khusus dari film optik yang memiliki warna yang berhubungan dengan sudut pandang (OVIDs). Film-film ini memungkinkan pencitraan seperti holografik. Film OVID ini digunakan sebagai perangkat keamanan untuk mencegah pemalsuan. Film-film ini merupakan hasil dari film warna interferensi yang digunakan untuk film dekoratif dan, ketika dilumatkan, sebagai pigmen.
Pelapisan Pengendalian Termal
Komposisi lapisan kontrol termal pada jendela berbeda dengan hasil akhir yang diinginkan. Jika objeknya adalah menjaga agar radiasi matahari tidak masuk melalui jendela, sebuah film multilayer dari kaca-TiO 2 -Cr-TiO 2 dapat digunakan (lapisan kontrol matahari). Jika benda itu menahan panas di dalam ruangan, film tipis perak bisa digunakan untuk mencerminkan 85% sampai 95% radiasi infra merah suhu rendah kembali ke ruangan (lapisan E rendah). Salah satu lapisan "double-E" semacam itu adalah kaca-ZnO-Ag- (Ti) -ZnO-Ag- (Ti) -ZnO-TiO 2 . ZnO menyediakan lapisan antireflective.
Jenis lapisan kontrol termal lainnya digunakan untuk menyerap radiasi matahari (peredam surya), secara selektif menyerap radiasi matahari dan tidak memancarkan radiasi infra merah (selektif peredam surya), atau memiliki emisivitas tinggi untuk meningkatkan pendinginan oleh radiasi. Lapisan penghalang termal digunakan untuk mengurangi transport termal dari lingkungan yang panas ke substrat. Zirkonium oksida (ZrO 2 ) yang distabilkan dengan kalsium oksida (CaO), MgO, atau Y 2 O 3 digunakan sebagai lapisan penghalang termal pada bilah turbin mesin pesawat terbang.
Pelapis reflektor
Film logam banyak digunakan untuk permukaan reflektor. Perak sering digunakan saat korosi tidak menjadi masalah, seperti untuk cermin permukaan belakang. Aluminium dapat digunakan baik sebagai permukaan depan atau reflektor permukaan belakang. Seringkali, reflektor permukaan depan aluminator, seperti lampu reflektor lampu, dilapisi dengan lapisan polimer pelindung (lapisan atas). Kromium digunakan pada reflektor permukaan depan saat korosi menjadi masalah meskipun pantulannya terlihat (60%) kurang dari aluminium (> 90%). Film reflektor digunakan dalam banyak aplikasi yang sering ditemui, seperti pada compact disc untuk penyimpanan video dan musik, lampu reflektor, dan cermin visual seperti kaca spion untuk mobil. Dalam beberapa kasus, film multilayer, mirip dengan film optik multilayer, digunakan untuk secara selektif memantulkan panjang gelombang tertentu dan bukan yang lainnya. Contohnya adalah "cermin dingin" yang mencerminkan radiasi yang terlihat namun bukan panjang gelombang inframerah dan "cermin panas" yang mencerminkan infrared namun tidak terlihat. Cermin panas digunakan untuk menaikkan suhu internal lampu halogen. Cermin dingin digunakan untuk mengurangi panasnya pencahayaan panggung pada para aktor.
Pengemasan
Lapisan penghalang digunakan pada film polimer fleksibel dan kertas untuk kemasan makanan untuk mengurangi tingkat transmisi uap air (WVTR) dan laju transmisi oksigen (OTR) melalui kertas atau film polimer. Bahan pelapis penghalang yang paling umum adalah aluminium, yang diendapkan pada gulungan film polimer (web), lalu dipasok ke "konverter" yang membuat kemasan. Dalam beberapa kasus lapisan logam diendapkan pada permukaan dan kemudian "dipindahkan" ke film kemasan. Lapisan penghalang transparan sangat diinginkan dalam banyak kasus. Lapisan SiO 2-x , dengan penguapan reaktif dan lapisan tipis PECVD dan SiO 2 : 30% Al 2 O 3 oleh penguapan koil E-beam digunakan untuk membentuk lapisan penghalang transparan. Bahan pelapis komposit lebih padat dan fleksibel dibandingkan bahan SiO 2 atau Al 2 O 3 saja. Film aluminium digunakan pada balon penuh helium polimer untuk mengurangi hilangnya helium.
Dekoratif dan Dekoratif / Wear Coatings
Metallization untuk tujuan dekoratif ketat adalah pasar yang besar. Aplikasi bervariasi dari lapisan jaring polimer-yang kemudian dikonversi menjadi penggunaan dekoratif seperti balon dan label-untuk metallisasi barang-barang tiga dimensi, seperti piala olahraga, seng die cast dan perlengkapan dekoratif polimer yang dicetak, dan wadah kosmetik. Seringkali lapisan ini terdiri dari lapisan aluminium reflektif yang diendapkan pada mantel dasar yang halus, lalu dilapisi dengan pernis yang dicelup untuk memberi pelapisan warna dan tekstur yang diinginkan dan juga ketahanan korosi dan keausan.
Dalam beberapa aplikasi, selain aspek dekoratif lapisan, lapisan ini diperlukan untuk menahan keausan. Sebagai contoh, titanium nitrida (TiN) berwarna emas, dan titanium karbonitrida (TiC x N y ) dapat bervariasi warnanya dari emas ke ungu ke hitam tergantung pada komposisinya. Zirkonium nitrida (ZrN) memiliki warna kuningan dan jauh lebih aus dan tahan gores dibanding kuningan. Lapisan dekoratif / keausan digunakan pada perangkat keras pintu, perlengkapan pipa ledeng, barang fashion, perangkat keras laut, dan aplikasi sejenis lainnya.
Lapisan Keras dan Pakai Tahan
Lapisan keras sering disebut lapisan metalurgi dan merupakan jenis lapisan tribological. Lapisan keras digunakan untuk meningkatkan efisiensi pemotongan dan umur operasi alat pemotong dan untuk menjaga toleransi dimensi komponen yang digunakan pada aplikasi di mana keausan dapat terjadi, seperti cetakan injeksi. Selain itu, pelapis dapat bertindak sebagai penghalang difusi dimana suhu tinggi dihasilkan oleh gerakan antara permukaan atau proteksi korosi di lingkungan yang agresif. Ada berbagai kelas bahan pelapis keras. Mereka termasuk: oksida logam berikat ionik (Al 2 O 3 , ZrO 2 , dan TiO 2 ), bahan ikatan kovalen (SiC, karbon boron [B4C], berlian, seperti berlian [DLC], TiC, AlN, CrC, paduan campuran karbida, nitrida dan karbonitrida, dan kubik boron nitrida), dan beberapa paduan logam (kobalt kromium aluminium itrium [CoCrAlY], NiAl, NiCrBSi). Dalam beberapa kasus pelapis dapat dilapisi untuk menggabungkan sifat.
Lapisan keras juga digunakan untuk meminimalkan keausan kelelahan, seperti ditemukan pada bantalan bola. Lapisan tahan-pakai juga dapat diterapkan pada permukaan dimana ada beban ringan atau berkala. Misalnya, lapisan keras diendapkan pada plastik untuk meningkatkan ketahanan gores. Aplikasi ada pada lensa plastik cetakan dan kanopi plastik pesawat terbang. Dalam beberapa kasus memakai pelapis, seperti SiO 2 atau Al 2 O 3 , dapat diterapkan pada permukaan yang sudah sulit, seperti kaca, untuk meningkatkan ketahanan gores.
Film yang aktif secara elektrik
Film silikon terdispersi digunakan dalam perangkat semikonduktor, dan film-film ini sering diendapkan oleh teknik penguapan PVD yang sangat canggih yang disebut epitaksi balok molekul (MBE) atau teknik CVD epitaksi fase uap (VPE). Silikon amorf untuk sel surya diendapkan oleh PECVD pada jaring dan substrat yang kaku. Film electochromic, yang mengubah transmisi optik pada penerapan voltase, bergantung pada difusi spesies ponsel dalam film di bawah medan listrik. Film dari bahan seperti selenium bisa menjadi bermuatan listrik saat terkena cahaya. Film semacam itu digunakan untuk menampung toner di mesin fotokopi.
Media Penyimpanan Magnetik
Bahan magnetik diklasifikasikan sebagai "keras" atau "lunak" tergantung pada seberapa sulitnya untuk menarik, melarutkan, atau "mengalihkan" medan magnet. Bahan magnetik lunak, seperti Permalloys (besi [Fe]: 40 sampai 80% Ni) dan Y 2 Fe 5 O 12 (garnet) digunakan pada perangkat penyimpanan memori dimana data sering berubah. Bahan magnetik keras seperti Fe 3 O 4 , Co: Ni: tungsten [W], Co: renium [Re], gadolinium [Gd]: Co, dan Gd: terbium [Tb]: Fe digunakan pada media perekaman yang lebih permanen seperti sebagai kaset audio. Berbagai teknik digunakan untuk mendefinisikan domain magnetik yang bertindak sebagai tempat penyimpanan.
Pelindung Pelindung Korosi
Perlindungan dari lingkungan kimia yang agresif dapat dilakukan dengan beberapa cara. Permukaannya bisa dilapisi dengan bahan inert atau dengan bahan yang membentuk permukaan pelindung setelah bereaksi dengan lingkungan atau dengan bahan yang akan diangkat secara serentak untuk melindungi bahan dasarnya. Tantalum, platinum, dan karbon bersifat inert di banyak lingkungan kimia. Misalnya, pelapis karbon digunakan pada logam yang ditanamkan ke dalam tubuh manusia untuk memberikan kompatibilitas. Di bagian industri dirgantara adalah aluminium yang dilapisi oleh proses PVD deposisi uap ion (IVD) sehingga mencegah korosi galvanik dari bahan yang berbeda yang bersentuhan.
Kromium, aluminium, silikon, dan paduan MCrAlY (dimana M adalah Ni, Co, Fe) akan bereaksi dengan oksigen untuk membentuk lapisan oksida pelindung koheren di permukaan. Jika ion logam (Fe, Cu) berdifusi lebih cepat daripada oksigen melalui oksida, oksida tebal akan terbentuk di permukaan. Jika oksigen berdifusi lebih cepat melalui oksida daripada ion logam (Al, Si, Ti, Zr-logam "katup"), oksidasi akan terjadi pada antarmuka dan oksida tipis akan terbentuk. Lapisan paduan MCrAlY digunakan sebagai pelapis pelindung pada bilah turbin mesin turbin. Paduan kadmium, aluminium, dan Al: Zn digunakan sebagai pelapis pengorbanan galvanik pada baja. Kadapan vakum kadmium ("cad cad") memiliki kelebihan dibanding kadmium dilapisi sehingga tidak ada kemungkinan embrittlement hidrogen dari baja berkekuatan tinggi saat pemrosesan deposisi vakum digunakan.
Pelumas Film Padat / Pelapisan Gesekan Rendah
NASA mempelopori penggunaan pelumas padat film tipis vakum. Pelumas terdiri dari dua jenis: pelumas dengan logam geser rendah - seperti perak dan timah - dan bahan senyawa geser laminar - seperti molibdenum disulfida (MoS 2 ). Pelumas logam geser rendah digunakan pada aplikasi torsi tinggi seperti anoda berputar pada tabung sinar-X. Senyawa bahan geser rendah digunakan dalam aplikasi bantalan mekanis dengan vakum dan di mana pelumas "creep" bisa menjadi masalah. Karena hanya film yang sangat tipis yang dibutuhkan untuk pelumasan, aplikasi film pelumas tidak menghasilkan perubahan dimensi yang signifikan. Lapisan gesekan rendah dari karbon yang mengandung logam (Me-C) digunakan untuk mengurangi keausan pada aplikasi kontak mekanik
Struktur Freestanding
Struktur bebas dapat dibuat dengan menyetorkan lapisan pada permukaan (mandrel), kemudian memisahkan lapisan dari permukaan mandrel atau melarutkan mandrel. Teknik ini berguna untuk membuat struktur yang sangat tipis, permukaan yang kompleks, atau lembaran atau lembaran bahan yang sulit diubah bentuknya dengan bergulung. Contohnya adalah jendela berilium yang digunakan untuk transmisi sinar-X, kerucut dinding boron tipis untuk speaker audio berfrekuensi tinggi, dan foil paduan logam Ti-V-Al. Aplikasi yang relatif baru adalah produksi perangkat microelectromechanical systems (MEMS) dimana struktur sangat kecil dibuat dengan proses deposisi dan etsa.
Base Coats untuk Elektroplating
Bahan yang sulit disepuh elektroplate karena formasi oksida yang cepat dapat memiliki lapisan dasar yang melekat yang diterapkan oleh proses PVD dan kemudian lapisannya dilapisi oleh elektrodeposisi. Contohnya adalah pelapisan pada titanium, uranium, dan zirkonium dimana lapisan dasar material seperti nikel atau tembaga diaplikasikan dengan proses PVD sebelum lapisan dilapisi dilapisi.
Film Polimer
Ada peningkatan minat dalam menyimpan film polimer organik dan anorganik dalam ruang hampa. Film-film ini dapat dibentuk dengan kondensasi monomer yang diikuti oleh sinar-E atau pengeringan UV untuk mempolimerisasi monomer atau dengan polimerisasi plasma monomer. Prekursor monomer dapat menghasilkan bahan polimer berbasis karbon, silikon, atau boron yang sering mengandung hidrogen, klorin, atau fluorin. Film yang mengandung fluorin digunakan untuk membentuk permukaan hidrofobik.
