Чому хром (Cr) використовується як адгезійний шар при осадженні тонкої плівки?

Плівки золота (Au) і міді (Cu) часто демонструють погану адгезію при нанесенні безпосередньо на скло, кварц або кремній. Тому спочатку зазвичай наноситься тонкий адгезійний шар хрому (Cr), щоб покращити з’єднання та надійність покриття.

Тож чому такий тонкий шар має таку різницю?

Чому золоті та мідні плівки мають тенденцію відшаровуватися?

Поверхні скла, кварцу та кремнію є хімічно стабільними, тому багатьом металам важко утворювати міцні зв’язки з цими субстратами. Коли золото або мідь наносять безпосередньо на ці матеріали, плівка часто залежить від слабкої фізичної взаємодії на межі розділу, а не від сильного хімічного зв’язку. У результаті покриття може лущитися, тріскатися або розшаровуватися під час термічного циклу, нарізання кубиками, пакування чи інших процесів після -осадження.

Різниця походить від властивостей самих металів.

• золотоє високоінертним благородним металом з дуже низькою спорідненістю до кисню. Замість зв’язування з-багатою оксидами поверхнею скла чи кремнію атоми золота прагнуть зв’язуватися один з одним. Це обмежує адгезію між нанесеною плівкою та підкладкою.
• Мідь є більш хімічно активним, ніж золото, але він також утворює відносно слабкий міжфазний зв’язок зі склом або оксидом кремнію за типових умов осадження. З цієї причини мідні плівки часто потребують адгезійного шару при нанесенні на підкладки на основі оксиду.

Ось чому хром широко використовується як адгезійний шар. Розташований між підкладкою та функціональною металевою плівкою, він створює більш стабільний інтерфейс і значно покращує адгезію покриття.

Як хром покращує адгезію?

Хром часто описують як адгезійний шар, але він не діє як звичайний клей. Натомість він створює більш стабільний інтерфейс між підкладкою та функціональною металевою плівкою, дозволяючи покриттю міцніше з’єднуватися.

• Приклеювання до основи

Хром є хімічно більш активним, ніж метали, такі як золото або мідь. Під час осадження він легко взаємодіє з киснем на поверхні скла, оксиду кремнію та багатьох керамічних підкладок, утворюючи тонкий міжфазний шар оксиду хрому (Cr₂O₃). Цей шар зміцнює зв’язок між покриттям і основою, забезпечуючи стабільну основу для нанесених вище шарів.

• З’єднання з функціональними металами

Крім того, що хром добре з’єднується з підкладкою, він також утворює стабільний контакт із такими металами, як золото, мідь і нікель. У результаті типова тонкоплівкова-структура складається з трьох шарів:

Субстрат → Хромовий адгезійний шар → Функціональна металева плівка

Шар хрому служить перехідним шаром між підкладкою та функціональним покриттям, покращуючи загальну адгезію плівкової системи.

• Тонкий, але ефективний

Зазвичай використовується лише хромовий адгезійний шар5–20 нмтовстий. Незважаючи на невелику товщину, він може значно покращити адгезію покриття без помітного впливу на електропровідність, оптичні властивості чи інші функціональні характеристики металевої плівки. Це одна з причин, чому хром залишається одним із найпоширеніших матеріалів адгезійного-шару для осадження тонких-плівок.

Де хром використовується як адгезійний шар?

Завдяки своїй здатності покращувати міжфазне з’єднання, хром широко використовується для осадження тонких{0}} плівок у різних галузях промисловості. Типові програми включають:

• Золоті плівки на скляних підкладках
• Мідні з'єднання на кремнієвих пластинах
• Оптичні покриття та світловідбиваючі плівки
• MEMS пристрої
• Металізація напівпровідників
• Сенсорні електроди
• Технології OLED і дисплея

У більшості тонкоплівкових-застосунків хром виконує роль підшарку, а не кінцевого функціонального покриття.

Як хром використовується у вакуумному осадженні?

При термічному випаровуванні та електронно-променевому випаровуванні хром зазвичай постачають як вихідний матеріал для осадження тонкої{0}}плівки. Залежно від системи випаровування та вимог процесу, він доступний у кількох формах, включаючи гранули, шматки та стрижні.Гранули хромушироко використовуються в лабораторних і промислових системах покриття, оскільки їх легко навантажувати і забезпечують стабільне випаровування.

Для магнетронного напилення та інших процесів PVD хром поставляється якМішені для напилення хрому. Вибір хромового матеріалу залежить від процесу осадження та обладнання.

Висновок

Незважаючи на те, що товщина шару хрому становить лише кілька нанометрів, він відіграє ключову роль у підвищенні надійності покриття. Для виробництва напівпровідників, оптичних покриттів чи дослідницьких застосувань вибір відповідного хромового матеріалу є важливою складовою досягнення надійної тонко{1}}ефективності.