172nm i els camps d'aplicació de la tecnologia de revestiment d'ions
1.1 Camps d'aplicació de la tecnologia de revestiment iònic
La tecnologia de revestiment d'ions està estretament relacionada amb el desenvolupament de la societat humana i la vida diària. Els productes de pel·lícula fina preparats amb tecnologia-millorada de plasma s'utilitzen àmpliament en dispositius de visualització d'informació com ara televisors, ordinadors i telèfons mòbils, així com en dispositius semiconductors, dispositius optoelectrònics, dispositius òptics, utilització d'energia, enduriment superficial dels materials, resistència al desgast, resistència a la corrosió, resistència a l'oxidació i molts altres camps. Amb la modernització de la defensa nacional, el desenvolupament de la fabricació d'alta-tecnologia i la millora del nivell de vida de les persones, s'estan imposant requisits de rendiment més elevats als productes de pel·lícula fina. Especialment en l'era futura de la computació en núvol, l'economia intel·ligent i Internet, molts dispositius s'estan desenvolupant cap a la miniaturització, la integració i la intel·ligència, que imposaran demandes encara més elevades a la tecnologia de preparació de pel·lícules primes. Entre aquestes, la tecnologia de preparació de pel·lícules d'alta-precisió a la172 nms'ha convertit en un dels requisits bàsics per a determinats-dispositius de gamma alta.
1.2 Nous requisits de la ciència i la tecnologia modernes per als productes de pel·lícula fina
Funcions especialsEls productes-de gamma alta requereixen que les peces tinguin diverses funcions superficials especials, com ara conversió fototèrmica, conversió fotoelèctrica, conversió termoelèctrica, emmagatzematge fotomagnètic, reflex de la llum, transmissió de la llum, filtratge de la llum, conductivitat elèctrica, aïllament, alta duresa, gran resistència al desgast, baixa fricció, etc. Alguns també han de tenir característiques decoratives brillants i acolorides.
Diversificació de la composicióPer satisfer els nous requisits de rendiment dels productes d'alta-tecnologia en diferents camps, la composició de les pel·lícules primes ha evolucionat des de pel·lícules de metall pur a una varietat de pel·lícules de compostos inorgànics i pel·lícules orgàniques de polímers. La taula 1-1 enumera diversos materials de pel·lícula fina i els seus rangs d'aplicació que compleixen les necessitats dels diferents camps actuals. Entre ells, materials de pel·lícula composta compatibles amb el172 nmles especificacions de gruix estan experimentant un augment-per{1}}any en la proporció d'aplicacions en dispositius electrònics de precisió.
Taula 1-1 Diversos materials de pel·lícula fina i els seus rangs d'aplicació
| Categoria d'aplicació | Materials de recobriment | Materials de suport | Interval d'aplicació |
|---|---|---|---|
| Alta duresa, resistència al desgast | TiN, ZrN, HfN, TaN, NbN, CrN, CBN, Si₃N₄, TiC, ZrC, Cr₇C₃, SiC, Ti(C,N), Ti(B,N), Ti(Al,N), -C₃N₄, diamant, etc. | Acer d'alta-velocitat, acer de matriu, carbur cimentat, cermet, etc. | Eines de mecanitzat, motlles, peces mecàniques |
| Resistència a altes temperatures, resistència a l'oxidació | Al, W, Ti, Ta, Mo, Al₂O₃, Si₃N₄, Ni-Cr, BN, MCrAlY, etc. | Acer inoxidable, aliatges-resistents a la calor, coure, aliatges d'alumini, etc. | Pales de turbines, tubs d'escapament, broquets, components aeroespacials, components resistents a la calor-d'energia atòmica |
| Resistència a la corrosió | TiN, TiC, Al₂O₃, Cd, Al, Ti, Cr, Cr₇C₃, Ni-Cr-Fe, Cr-Ni{-P{-B (amorf), etc. | Acer, acer inoxidable, metalls no-ferrosos, etc. | Aeronaus, vaixells, automòbils, canonades químiques, protecció de superfícies de fixació |
| Embelliment decoratiu | TiN, TiC, TaN, TiAC, ZrN, Cr₇C₃, Al₂O₃, Al, Ag, Ti, Au, Cu, Ni, Cr, Ni-Re, TaN, Te-N, Al-TaSi, Ni-CrAl | Acer, llautó, alumini, acer inoxidable, plàstic, ceràmica, vidre, paper d'alumini, etc. | Joieria, rellotges, llums, ulleres, peces de ferreteria, accessoris d'automòbil, peces elèctriques |
| Pel·lícules conductores | Au, Mo, W, MoSi₂, WSi₂, TaSi₂, Ti-Si, Ag-Si, Al, Ni, Al₂O₃, Au-Pb, etc. | Hòstia de silici, ceràmica, plàstic, vidre, tira d'aliatge | Resistències i cables de-pel·lícula fina, dispositius d'emissió d'electrons, dispositius de túnel, etc. (incloses pel·lícules conductores de precisió de 172 nm) |
| Pel·lícules dielèctriques | SiO₂, Al₂O₃, AlN, Al₂O₃-BaTiO₃, TiO₂, ZnO, AlN, LiNbO₂, etc. | Hòstia de silici, ceràmica, plàstic, vidre | Passivació superficial, aïllament entre capes, condensadors, elements electrotèrmics, etc. |
| Dispositius microelectrònics: pel·lícules semiconductors | Si, a-Si, Au-ZnS, GaAs, CdSe, CdS, PbS, InSb, Ge, Pb-Sn-Te, etc. | Hòstia de silici, ceràmica, plàstic, vidre | Díodes-emissors de llum, transistors de-pel·lícula fina, dispositius optoelectrònics, dispositius magnetoelèctrics, sensors, etc. |
| Pel·lícules superconductores | Pb-Bi-Pb-Au, Nb₃Ge, V₃Si, Pb-In{-Au, PbO/In₂O₃ | - | Dispositius superconductors |
| Materials magnètics i suports de gravació | -Fe₂O₃, Co-Ni, Co-Cr, MnBi, GdCo, GdFe, TbFe, Ni-Co-P, Co{-Zr{-Nb amorf, Y₃Fe₅O₁, etc. | Aliatges, plàstics, etc. | Enregistrament magnètic, capçals magnètics, dispositius magnetoresistius, discos òptics, etc. |
| Mostra pel·lícules del dispositiu | ZnO, Y₂O₃, Ag, Cu, Al, SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, etc. | Vidre, plàstic, etc. | Tubs fluorescents, pantalles de plasma, pantalles de cristall líquid |
| Òptica i comunicació òptica | Si₃N₄, Al, Ag, Au, TiO₂, ZnO, SnO₂, GdFe, TbFe, InAs, InSb, PbS, diamant, etc. | Plàstic, vidre, ceràmica, etc. | Pel·lícules protectores, reflectants, anti-reflectants, interruptors òptics, conversió de freqüència, memòria òptica, sensors òptics, etc. |
| Aprofitament de l'energia solar | Au-ZnS, Ag-ZnS, CdS-Cu₂S, SnO₂, etc. | Acer inoxidable, plàstic, vidre | Cèl·lules fotovoltaiques, pel·lícules conductores transparents, etc. |
| Lubricació, baixa fricció | Au, Ag, Pb, Cu{0}Au, Pb{1}Sn, MoS₂, MoSe₂, MoTe₂, WS₂, MoS, MS₂, BN, MoS₂-grafit, Ag-MoS₂, DLC, etc. | Aliatges d'alta-temperatura, metalls estructurals, acer per coixinets, etc. | Buit ultra-, temperatura ambient, temperatura ultra-baixa, coixinets de motor a reacció, coixinets de satèl·lit, peces rotatives d'alta-temperatura aeroespacial |
| Embalatge | Cr, Al, SiO₂, Al₂O₃, TiN, etc. | Paper, plàstic, metall, etc. | Metal·lització dels materials d'embalatge, alta protecció de barrera |
Tal com es mostra a la taula 1-1, els materials de pel·lícula fina tenen una composició diversa, ofereixen una gamma completa de funcions especials i tenen camps d'aplicació amplis, jugant un paper important en tots els sectors de l'economia nacional. Pel·lícules funcionals amb un gruix de172 nm, gràcies a la seva combinació de precisió i estabilitat, s'han convertit en una opció important en el camp de la fabricació de precisió.
Gruix de la pel·lícula a escala nanòmetre a micròmetreA mesura que els productes d'alta-tecnologia es tornen cada cop més intel·ligents i integrats, la densitat d'integració dels dispositius microelectrònics moderns continua augmentant. Ara cal integrar 1.000.000 de transistors per 1 mm² en un xip microelectrònic. La mida dels components del transistor és extremadament petita, i requereix que cada capa funcional sigui cada cop més prima - només a nivell de nanòmetre a micròmetre. L'amplada de la línia del conductor de xip ha arribat als 5-7 nm i alguns dispositius d'alta-precisió han aconseguit una preparació precisa de pel·lícules funcionals al172 nmnivell, amb un desenvolupament que ara es dirigeix cap als 3 nm. Això només es pot aconseguir mitjançant la tecnologia de circuits integrats de-pel·lícula fina. Actualment, la tecnologia de revestiment d'ions és l'opció òptima per preparar circuits integrats-de pel·lícula fina.
Excel·lent microestructura de pel·lícula i estructura cristal·linaPer produir productes de pel·lícula fina amb un rendiment excel·lent, la pel·lícula ha de tenir una microestructura i una estructura cristal·lina superiors. Depenent de l'aplicació, és possible que les pel·lícules tinguin estructures monocristal·lines, policristal·lines o amorfes, així com microestructures denses, columnars o multicapa a nano-escala. Entre aquests,172 nmEls nanofilms gruixuts multicapa presenten una excel·lent estabilitat estructural i consistència de rendiment en dispositius optoelectrònics.
Pel·lícula lliure{0}}d'alta densitat i defectesA mesura que els productes-d'alta tecnologia es mouen cap a dissenys més lleugers, més petits, més prims, més fins, més integrats i més intel·ligents, les pel·lícules han de ser extremadament denses i lliures de defectes.
Alta adhesió al substrat-pel·lículaNo hi ha cap unió metal·lúrgica entre la pel·lícula i el substrat - només una "capa adherida" -, per tant, com més petit i prim sigui el dispositiu, més alta serà l'adhesió necessària entre la pel·lícula i el substrat. També es requereix una alta adherència per a recobriments durs en eines i matrius.
1.3 Tipus de tecnologies de recobriment
1.3.1 Primeres tecnologies de preparació de pel·lícules primes
La tecnologia per a l'obtenció de pel·lícules primes sòlides té una llarga història, inicialment es basa principalment en l'energia tèrmica i, posteriorment, ha evolucionat cap a tecnologies-millorades amb plasma.
Tecnologia de recobriment per evaporació al buitAquesta tecnologia utilitza una font de calor per evaporar un material sòlid, permetent que els àtoms de vapor es transportin en buit elevat i es dipositen a la superfície del substrat per formar una pel·lícula. Pertany a la categoria de deposició física de vapor (PVD) i pot aconseguir una preparació preliminar172 nmpel·lícules de nivell -.
Tecnologia de deposició de vapor químic (CVD).Aquesta tecnologia utilitza energia tèrmica per descompondre tèrmicament els gasos inorgànics introduïts en àtoms actius, que després reaccionen químicament a la superfície d'un substrat escalfat per dipositar una pel·lícula.
Tecnologia de polimerització orgànica de polímersEls gasos de monòmers orgànics es polimeritzen en polímers de gran pes-molecular-a alta temperatura, alta pressió i l'acció d'un iniciador.
1.3.2 Tecnologia de revestiment iònic
Des de l'any 1963, quan el científic nord-americà DM Mattox va introduir la descàrrega de gas en el recobriment d'evaporació, han sorgit nombroses tecnologies de revestiment d'ions que utilitzen diversos mètodes de descàrrega de gas per obtenir partícules de pel·lícula d'alt rendiment-. La tecnologia ha evolucionat des d'un recobriment millorat de plasma-que utilitza fonts sòlides fins a l'ús de fonts gasoses, amb fonts gasoses que s'expandeixen de gasos inerts i gasos compostos inorgànics a gasos orgànics. Han aparegut moltes tècniques i processos de recobriment nous que utilitzen de manera intel·ligent camps elèctrics, camps magnètics i descàrregues d'arc per excitar i millorar el plasma, proporcionant als investigadors de pel·lícules primes diversos mitjans per preparar pel·lícules primes de funció especial-necessàries en diversos camps. Entre aquests, la preparació d'alta-precisió172 nmLes pel·lícules de nivell -s'han convertit en una important direcció d'aplicació d'aquesta tecnologia.
El concepte de revestiment d'ions s'ha expandit des del revestiment d'ions de tipus evaporació-a un camp més ampli. Ara s'anomena qualsevol tecnologia de recobriment que utilitzi energia de plasma durant la descàrrega de gastecnologia de revestiment d'ions. La tecnologia moderna de revestiment d'ions inclou el revestiment d'ions de tipus evaporació-, el revestiment d'ions per pols de magnetrón, el revestiment d'ions de descàrrega d'arc dins de PVD, així com la deposició de vapor químic millorat per plasma-i la polimerització-millorada per plasma, i es pot classificar en tres categories principals:
Plasma-Deposició física de vapor millorada (PEPVD)
Plasma-Deposició de vapor químic millorat (PECVD)
Polimerització millorada-de plasma (PEP)
Taula 1-2 Diverses tecnologies modernes de revestiment d'ions i les seves característiques
| Tecnologia de recobriment | Tipus de tecnologia | Font de partícules de pel·lícula | Tipus de descàrrega | Tecnologia de descàrrega | Mecanisme de reacció |
|---|---|---|---|---|---|
| Revestiment d'ions de tipus-evaporació | PEPVD | Evaporació tèrmica | Descàrrega de resplendor/arc | resplendor de CC, resplendor de RF, arc de filament calent, arc de càtode fred | Ions metàl·lics + àtoms d'alta -energia → síntesi de noves pel·lícules d'estructura (pot preparar pel·lícules de 172 nm) |
| Revestiment d'ions per pols de magnetró | PEPVD | Pulverització catòdica | Descàrrega de resplendor | resplendor de CC, resplendor de RF, resplendor de microones | Ions metàl·lics + àtoms d'alta-energia → síntesi de noves pel·lícules d'estructura |
| Deposició de vapor químic-millorat per plasma | PECVD | Gas inorgànic | Descàrrega de resplendor/arc | resplendor de CC, resplendor de RF, resplendor de microones, arc de filament calent | Ions de gas inorgànic + radicals actius d'alta-energia → síntesi de pel·lícules d'estructura nova |
| Polimerització-millorada per plasma | PEP | Gas monòmer orgànic | Descàrrega de resplendor/arc/corona | resplendor de CC, resplendor de RF, resplendor de microones, descàrrega de corona | Monòmers orgànics + grups actius → polimerització de plasma en pel·lícules de polímer |
Punts clau resumits a la taula 1-2:
Totes les tecnologies modernes de revestiment d'ions es realitzen en diverses descàrregues de gas.
Les partícules de pel·lícula de PEPVD provenen de l'evaporació o la polsació de materials sòlids; Les partícules de PECVD provenen de gasos inorgànics; Les partícules de PEP provenen directament dels gasos orgànics introduïts.
Els modes de descàrrega inclouen la descàrrega brillant i la descàrrega d'arc, amb les tecnologies PEPVD, PECVD i PEP que tendeixen a la descàrrega d'arc.
La polimerització-millorada per plasma és una tecnologia que ha sorgit en els darrers anys.
El plasma és el quart estat de la matèria, amb una energia diversos ordres de magnitud superior a la dels sòlids, líquids i gasos. La tecnologia de polimerització-millorada de plasma que utilitza l'energia del plasma per produir polímers d'alt pes-molecular-s'ha aplicat àmpliament en la preparació de productes moderns de pel·lícula fina orgànica-de gamma alta.
Gràcies al desenvolupament de noves tecnologies i processos de recobriment-energia-de plasma, en els darrers anys, s'han desenvolupat generacions de materials de pel·lícules primes de funció especial superior - necessaris amb urgència en camps com ara circuits integrats de semiconductors, dispositius de visualització d'informació, pel·lícules òptiques, pel·lícules conductores, materials aïllants i pel·lícules de gran valor econòmic, pel·lícules aïllants i econòmiques. En particular, la tecnologia de preparació escalable per172 nm-les pel·lícules funcionals de nivell ha impulsat fortament el ràpid desenvolupament de la indústria de l'electrònica de precisió.
