Hvorfor bruges krom (Cr) som et adhæsionslag i tyndfilmaflejring?

Guld (Au) og kobber (Cu) film viser ofte dårlig vedhæftning, når de afsættes direkte på glas, kvarts eller silicium. Et tyndt chrom (Cr) vedhæftningslag afsættes derfor sædvanligvis først for at forbedre binding og belægningssikkerhed.

Så hvorfor gør et så tyndt lag så stor en forskel?

Hvorfor har guld- og kobberfilm en tendens til at skalle af?

Overfladerne af glas, kvarts og silicium er kemisk stabile, hvilket gør det vanskeligt for mange metaller at danne stærke bindinger med disse substrater. Når guld eller kobber aflejres direkte på disse materialer, er filmen ofte afhængig af svage fysiske interaktioner ved grænsefladen snarere end stærk kemisk binding. Som et resultat heraf kan belægningen skalle, revne eller delaminere under termisk cykling, udskæring, emballering eller andre efter-aflejringsprocesser.

Forskellen kommer fra selve metallernes egenskaber.

• Gulder et meget inert ædelmetal med meget lav affinitet til oxygen. I stedet for at binde med den oxidrige overflade af glas eller silicium, har guldatomer en tendens til at binde sig til hinanden. Dette begrænser vedhæftningen mellem den aflejrede film og underlaget.
• Kobber er mere kemisk aktiv end guld, men den danner også relativt svag grænsefladebinding med glas eller siliciumoxid under typiske aflejringsforhold. Af denne grund kræver kobberfilm ofte et vedhæftningslag, når de afsættes på oxidbaserede-underlag.

Dette er grunden til, at krom er meget udbredt som et vedhæftningslag. Placeret mellem substratet og den funktionelle metalfilm skaber den en mere stabil grænseflade og forbedrer belægningens vedhæftning markant.

Hvordan forbedrer krom vedhæftningen?

Chrom beskrives ofte som et klæbelag, men det virker ikke som et konventionelt klæbemiddel. I stedet skaber det en mere stabil grænseflade mellem substratet og den funktionelle metalfilm, hvilket tillader belægningen at binde mere sikkert.

• Binding til underlaget

Chrom er kemisk mere reaktivt end metaller som guld eller kobber. Under aflejring interagerer det let med oxygen på overfladen af ​​glas, siliciumoxid og mange keramiske substrater og danner et tyndt chromoxid-grænsefladelag (Cr₂O₃). Dette lag styrker bindingen mellem belægningen og underlaget, hvilket giver et stabilt fundament for lagene, der er aflejret ovenfor.

• Binding til funktionelle metaller

Ud over at binde godt til underlaget, danner krom også en stabil grænseflade med metaller som guld, kobber og nikkel. Som følge heraf består en typisk tynd-filmstruktur af tre lag:

Substrat → Chromadhæsionslag → Funktionel metalfilm

Chromlaget fungerer som et overgangslag mellem substratet og den funktionelle belægning, hvilket forbedrer filmsystemets samlede vedhæftning.

• Tynd men effektiv

Et chromadhæsionslag er typisk kun5-20 nmtyk. På trods af sin lille tykkelse kan den forbedre belægningens vedhæftning væsentligt uden at påvirke metalfilmens elektriske ledningsevne, optiske egenskaber eller andre funktionelle egenskaber mærkbart. Dette er en af ​​grundene til, at krom fortsat er et af de mest udbredte-adhæsionslagsmaterialer i tynd-filmaflejring.

Hvor bruges krom som et klæbelag?

På grund af dets evne til at forbedre grænsefladebinding, er krom i vid udstrækning brugt til tynd-filmaflejring på tværs af en række forskellige industrier. Typiske anvendelser omfatter:

• Guldfilm på glasunderlag
• Kobber forbinder hinanden på siliciumwafers
• Optiske belægninger og reflekterende film
• MEMS enheder
• Halvledermetallisering
• Sensor elektroder
• OLED og skærmteknologier

I de fleste tynde-filmapplikationer fungerer krom som et underlag frem for den endelige funktionelle belægning.

Hvordan bruges krom i vakuumaflejring?

Ved termisk fordampning og elektronstrålefordampning leveres chrom almindeligvis som kildemateriale til tynd-filmaflejring. Afhængigt af fordampningssystemet og proceskravene er det tilgængeligt i flere former, herunder pellets, stykker og stænger.Chrom pelletsanvendes i vid udstrækning i laboratorie- og industribelægningssystemer, fordi de er lette at fylde og giver stabil fordampning.

Til magnetronforstøvning og andre PVD-processer leveres krom somKrom-sputteringsmål. Valget af chrommateriale afhænger af deponeringsprocessen og udstyr.

Konklusion

Selvom det kun er nogle få nanometer tykt, spiller et chromadhæsionslag en nøglerolle i at forbedre belægningens pålidelighed. Uanset om det er til fremstilling af halvledere, optiske belægninger eller forskningsapplikationer, er udvælgelsen af ​​det passende krommateriale en vigtig del af opnåelse af pålidelig tynd-filmydelse.