Kāpēc hroms (Cr) tiek izmantots kā adhēzijas slānis plānslāņa nogulsnēšanā?

Zelta (Au) un vara (Cu) plēvēm bieži ir slikta adhēzija, ja tās tiek uzklātas tieši uz stikla, kvarca vai silīcija. Tāpēc parasti vispirms tiek uzklāts plāns hroma (Cr) adhēzijas slānis, lai uzlabotu saķeres un pārklājuma uzticamību.

Tātad, kāpēc tik plāns slānis rada tik lielu atšķirību?

Kāpēc zelta un vara plēvēm ir tendence nolobīties?

Stikla, kvarca un silīcija virsmas ir ķīmiski stabilas, tāpēc daudziem metāliem ir grūti izveidot spēcīgas saites ar šīm substrātiem. Kad zelts vai varš tiek nogulsnēts tieši uz šiem materiāliem, plēve bieži vien galvenokārt balstās uz vāju fizisko mijiedarbību saskarnē, nevis uz spēcīgu ķīmisko saiti. Rezultātā pārklājums var atlobīties, saplaisāt vai atslāņoties termiskās apstrādes, sagriešanas kubiņos, iepakošanas vai citos pēc-nogulsnēšanas procesos.

Atšķirība izriet no pašu metālu īpašībām.

• Zeltsir ļoti inerts cēlmetāls ar ļoti zemu afinitāti pret skābekli. Tā vietā, lai savienotos ar stikla vai silīcija -oksīdiem bagāto virsmu, zelta atomi mēdz savienoties viens ar otru. Tas ierobežo saķeri starp uzklāto plēvi un pamatni.
• Varš ir ķīmiski aktīvāka nekā zelts, bet tas arī veido salīdzinoši vāju saskarnes saiti ar stiklu vai silīcija oksīdu tipiskos nogulsnēšanās apstākļos. Šī iemesla dēļ vara plēvēm bieži ir nepieciešams adhēzijas slānis, ja tās tiek uzklātas uz oksīda{1}}substrātiem.

Tāpēc hromu plaši izmanto kā adhēzijas slāni. Novietots starp pamatni un funkcionālo metāla plēvi, tas rada stabilāku saskarni un ievērojami uzlabo pārklājuma adhēziju.

Kā hroms uzlabo saķeri?

Hromu bieži raksturo kā adhēzijas slāni, taču tas nedarbojas kā parasta līme. Tā vietā tas rada stabilāku saskarni starp pamatni un funkcionālo metāla plēvi, ļaujot pārklājumam drošāk sasaistīties.

• Sasaiste ar substrātu

Hroms ir ķīmiski reaktīvāks nekā metāli, piemēram, zelts vai varš. Nogulsnēšanas laikā tas viegli mijiedarbojas ar skābekli uz stikla, silīcija oksīda un daudzu keramikas substrātu virsmas, veidojot plānu hroma oksīda (Cr₂O₃) saskarnes slāni. Šis slānis nostiprina saikni starp pārklājumu un pamatni, nodrošinot stabilu pamatu iepriekš uzklātajiem slāņiem.

• Saistīšana ar funkcionāliem metāliem

Papildus tam, ka hroms labi savienojas ar substrātu, tas arī veido stabilu saskarni ar metāliem, piemēram, zeltu, varu un niķeli. Rezultātā tipiska plānās{1}}plēves struktūra sastāv no trim slāņiem:

Substrāts → Hroma adhēzijas slānis → Funkcionālā metāla plēve

Hroma slānis kalpo kā pārejas slānis starp pamatni un funkcionālo pārklājumu, uzlabojot kopējo plēves sistēmas saķeri.

• Plāns, bet efektīvs

Hroma adhēzijas slānis parasti ir tikai5–20 nmbiezs. Neskatoties uz nelielo biezumu, tas var ievērojami uzlabot pārklājuma adhēziju, būtiski neietekmējot metāla plēves elektrovadītspēju, optiskās īpašības vai citas funkcionālās īpašības. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc hroms joprojām ir viens no visplašāk izmantotajiem adhēzijas-slāņa materiāliem-plānas plēves nogulsnēšanai.

Kur hromu izmanto kā adhēzijas slāni?

Tā kā hroms spēj uzlabot saskarnes sasaisti, to plaši izmanto plānās{0}}plēves uzklāšanai dažādās nozarēs. Tipiski lietojumi ietver:

• Zelta plēves uz stikla pamatnēm
• Vara starpsavienojumi uz silīcija plāksnēm
• Optiskie pārklājumi un atstarojošās plēves
• MEMS ierīces
• Pusvadītāju metalizācija
• Sensoru elektrodi
• OLED un displeja tehnoloģijas

Lielākajā daļā plānās{0} plēves lietojumu hroms darbojas kā apakšslānis, nevis pēdējais funkcionālais pārklājums.

Kā hromu izmanto vakuuma pārklāšanā?

Termiskās iztvaicēšanas un elektronu staru kūļa iztvaikošanas gadījumā hroms parasti tiek piegādāts kā izejmateriāls plānas -kārtiņas nogulsnēšanai. Atkarībā no iztvaicēšanas sistēmas un procesa prasībām tas ir pieejams vairākos veidos, tostarp granulās, gabalos un stieņos.Hroma granulastiek plaši izmantotas laboratorijas un rūpnieciskās pārklājumu sistēmās, jo tās ir viegli ielādējamas un nodrošina stabilu iztvaikošanu.

Magnetronu izsmidzināšanai un citiem PVD procesiem hroms tiek piegādāts kāHroma izsmidzināšanas mērķi. Hroma materiāla izvēle ir atkarīga no uzklāšanas procesa un aprīkojuma.

Secinājums

Lai gan tas ir tikai dažus nanometrus biezs, hroma adhēzijas slānim ir galvenā loma pārklājuma uzticamības uzlabošanā. Neatkarīgi no tā, vai tas attiecas uz pusvadītāju ražošanu, optiskajiem pārklājumiem vai pētniecību, piemērota hroma materiāla izvēle ir svarīga daļa, lai sasniegtu uzticamu plānslāņa veiktspēju.