Proč se chrom (Cr) používá jako adhezní vrstva při nanášení tenkých filmů?

Zlaté (Au) a měděné (Cu) filmy často vykazují špatnou adhezi, když jsou naneseny přímo na sklo, křemen nebo křemík. Tenká adhezní vrstva chrómu (Cr) je proto běžně nanášena jako první, aby se zlepšilo spojení a spolehlivost povlaku.

Proč tedy tak tenká vrstva dělá takový rozdíl?

Proč mají zlaté a měděné filmy tendenci se odlupovat?

Povrchy skla, křemene a křemíku jsou chemicky stabilní, takže pro mnoho kovů je obtížné vytvořit pevné vazby s těmito substráty. Když se zlato nebo měď nanáší přímo na tyto materiály, film často spoléhá spíše na slabé fyzikální interakce na rozhraní než na silné chemické vazby. V důsledku toho se může povlak odlupovat, praskat nebo oddělovat od sebe během tepelného cyklování, krájení na kostky, balení nebo jiných post-procesů nanášení.

Rozdíl pochází z vlastností kovů samotných.

• Zlatoje vysoce inertní ušlechtilý kov s velmi nízkou afinitou ke kyslíku. Namísto vazby na oxid-bohatý povrch skla nebo křemíku mají atomy zlata tendenci se vzájemně vázat. To omezuje adhezi mezi naneseným filmem a substrátem.
• Měď je chemicky aktivnější než zlato, ale také vytváří relativně slabou mezifázovou vazbu se sklem nebo oxidem křemíku za typických podmínek depozice. Z tohoto důvodu měděné filmy často vyžadují adhezní vrstvu, když jsou nanášeny na substráty na bázi oxidu-.

To je důvod, proč je chrom široce používán jako adhezní vrstva. Umístěný mezi substrát a funkční kovový film vytváří stabilnější rozhraní a výrazně zlepšuje přilnavost povlaku.

Jak chrom zlepšuje přilnavost?

Chrom je často popisován jako adhezní vrstva, ale nechová se jako běžné lepidlo. Místo toho vytváří stabilnější rozhraní mezi substrátem a funkčním kovovým filmem, což umožňuje bezpečnější spojení povlaku.

• Lepení na substrát

Chrom je chemicky reaktivnější než kovy jako zlato nebo měď. Během nanášení snadno interaguje s kyslíkem na povrchu skla, oxidu křemičitého a mnoha keramických substrátů a vytváří tenkou mezifázovou vrstvu oxidu chrómu (Cr2O3). Tato vrstva posiluje vazbu mezi povlakem a substrátem a poskytuje stabilní základ pro vrstvy uložené výše.

• Lepení na funkční kovy

Kromě dobrého spojení se substrátem tvoří chrom také stabilní rozhraní s kovy, jako je zlato, měď a nikl. Výsledkem je, že typická tenká-filmová struktura se skládá ze tří vrstev:

Substrát → Chromová adhezní vrstva → Funkční kovový film

Vrstva chrómu slouží jako přechodová vrstva mezi substrátem a funkčním povlakem, zlepšuje celkovou přilnavost filmového systému.

• Tenké, ale účinné

Adhezní vrstva chrómu je typicky pouze5-20 nmtlustý. Navzdory své malé tloušťce může výrazně zlepšit přilnavost povlaku bez znatelného ovlivnění elektrické vodivosti, optických vlastností nebo jiných funkčních charakteristik kovového filmu. To je jeden z důvodů, proč chrom zůstává jedním z nejpoužívanějších adhezních-materiálů na nanášení tenkých-vrstvých filmů.

Kde se používá chrom jako adhezní vrstva?

Díky své schopnosti zlepšovat mezifázovou vazbu je chrom široce používán při nanášení tenkých{0}} filmů v různých průmyslových odvětvích. Mezi typické aplikace patří:

• Zlaté filmy na skleněných substrátech
• Měď se propojuje na křemíkových plátcích
• Optické povlaky a reflexní fólie
• MEMS zařízení
• Pokovení polovodičů
• Senzorové elektrody
• OLED a zobrazovací technologie

Ve většině tenkých{0}}filmových aplikací funguje chrom spíše jako podkladová vrstva než jako konečný funkční povlak.

Jak se používá chrom při vakuové depozici?

Při tepelném napařování a odpařování elektronovým paprskem se chrom běžně dodává jako výchozí materiál pro nanášení tenkých-filmů. V závislosti na systému odpařování a požadavcích procesu je k dispozici v několika formách, včetně pelet, kusů a tyčí.Chromové peletyjsou široce používány v laboratorních a průmyslových nátěrových systémech, protože se snadno nakládají a poskytují stabilní odpařování.

Pro magnetronové naprašování a další PVD procesy se chrom dodává jakoChromové naprašovací terče. Volba chromového materiálu závisí na procesu nanášení a zařízení.

Závěr

Přestože je vrstva chrómu tlustá pouze několik nanometrů, hraje klíčovou roli při zlepšování spolehlivosti povlaku. Ať už jde o výrobu polovodičů, optické povlaky nebo výzkumné aplikace, výběr vhodného chromového materiálu je důležitou součástí dosažení spolehlivého výkonu tenkého- filmu.