لایه نشانی در خلأ :: شرکت مهندسی نانو آداک

سیستم لایه نشانی اسپاترینگ خلأ (DC)

معرفی دستگاه لایه نشانی اسپاترینگ DC مدل DCS01

دستگاه لایه نشانی اسپاترینگ dc، قابلیت ایجاد پوشش های مختلف فلزی با روش دی سی را تحت خلأ بالا دارا می باشد.این دستگاه شامل اجزای ذیل می باشد:

محفظه ی خلأ با پورت های استاندارد بهمراه اتصالات
سیستم کنترل پروسه (PLC) و رابط گرافیکی (HMI) 7 اینچ
سیستم پمپینگ خلأ بالا شامل پمپ روتاری (اروپایی) و پمپ دیفیوژن (ساخت نانوآداک)
گیج های خلأ پیرانی و پنینگ ( ساخت ایران)
شیرآلات و اتصالات موردنیاز خلأ شامل شیرهای زاویه ای، شیر ونت و شیر پروانه ای الکتروپنوماتیکی (ساخت نانوآداک)
فیدتروی ولتاژ الکتریکی (10 پین)
شاسی و کاور مناسب
مولد دی سی 2 کیلووات (0 تا 1000 ولت دی سی) با قابلیت مدیریت آرک
کاتد اسپاترینگ 2 اینچی آبگرد (قابلیت افزایش ابعاد و تعداد)
هیتر 300 وات زیرلایه
ضخامت سنج کریستالی کوارتز
شاتر برای گان اسپاترینگ

مواد و تارگت های فلزی سوپر خالص جهت لایه نشانی

سفارش از طریق ارسال ایمیل به nanoadaktrading@gmail.com یا صفحه تماس با ما

به عنوان مواد پایه ای در صنایع الکترونیک و نیمرساناها، مواد و تارگت های سوپر خالص بصورت گسترده در تحقیقات علمی و تولیدات صنایعی چون: اپتیک، الکترونیک و اپتوالکترونیک، باتری های خورشیدی، تزئینی و غیره کاربرد دارند.

Symbol	Purity	mp ℃	Density	Standard
Ag	4N-5N	961	10.49	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Al	4N-6N	660	2.7	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Au	4N-5N	1062	19.32	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Bi	5N-6N	271.4	9.79	Powder、Grain、Target
Cd	5N-7N	321.1	8.65	Grain、Target
Co	4N	1495	8.9	Powder、Grain、Target
Cr	3N-4N	1890	7.2	Powder、Grain、Target
Cu	3N-6N	1083	8.92	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Fe	3N-4N	1535	7.86	Powder、Grain、Target
Ge	5N-6N	937	5.35	Grain、Target
In	5N-6N	157	7.3	Grain、Target
Mg	4N	651	1.74	Wire、Grain、Target
Mn	3N	1244	7.2	Wire、Grain、Target
Mo	4N	2617	10.22	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Nb	4N	2468	8.55	Wire、Target
Ni	3N-5N	1453	8.9	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Pb	4N-6N	328	11.34	Powder、Grain、Target
Pd	3N-4N	1555	12.02	Wire、Slice、Grain、Target
Pt	3N-4N	1774	21.5	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Sb	5N-7N	630.7	6.68	Grain、Target
Se	5N-6N	217	4.28	Powder、Grain、Target
Si	5N-7N	1410	2.42	Grain、Target
Sn	5N-6N	232	7.75	Wire、Grain、Target
Ta	4N	2996	16.6	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Te	4N-6N	425	6.25	Powder、Grain、Target
Ti	4N-5N	1675	4.5	Wire、Grain、Target
W	4N	3410	19.3	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Zn	4N-6N	419	7.14	Wire、Slice、Powder、Grain、Target
Zr	4N	1477	6.4	Wire、Slice、Powder、Grain、Target

لایه نشانی به روش کندوپاش

پیشرفت های گسترده ای در فناوری لایه های نازک روی داده است که در بخش های مختلف صنعت کاربرد گسترده ای دارد. تا به امروز روش های مختلفی برای ساخت لایه های نازک معرفی شده است که روش کندوپاش (Sputtering) یکی از انواع روش های لایه نشانی فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition - PVD) محسوب می شودکه لایه نشانی فیزیکی بخار نیز به نوبه خود جز روش های لایه نشانی در خلا است.
مانند سایر روش های لایه نشانی فیزیکی تحت شرایط خلا، روش کندوپاش نیز شامل (الف) تبخیر ماده منبع؛ (ب) انتقال بخار از منبع به زیرلایه و (ج) تشکیل لایه نازک روی زیرلایه با انباشت بخار منبع مورد نظر است. در روش کندوپاش، برای این که ماده منبع به فاز بخار خود منتقل شود، از بر هم کنش فیزیکی ذره هایی که به ماده منبع یا هدف (target) برخورد می کنند استفاده کرد. ماده هدف که به ولتاژ منفی متصل است، نقش کاتد را دارد. با بمباران و برخورد ذرات پر انرژی به سطح هدف، اتم ها یا مولکول های آن از سطح جدا شده و به بیرون پرتاب می شوند و درمیدان ایجاد کننده پلاسما شتاب می‌گیرند. زیرلایه به ولتاژ مثبت متصل است و در واقع آند است و لایه ای از جنس هدف روی آن انباشت می شود. این روش برای ایجاد پوشش و ساخت لایه های نازکی که کاربردهای مانند اپتیکی، ذخیره سازی مغناطیسی دارند، استفاده می شود.

با استفاده از ذرات با انرژی حدود 50 تا 1000 الکترون ولت سطح هدف بمباران می شود که با برخورد ذرات پر انرژی به هدف (‏target‏)، اتم های هدف به بیرون از آن پرتاب می‌ شوند. این فرایند، کندوپاش (Sputtering) نامیده می شود. کاتد یا هدف که از جنس ماده پوشش دهنده است به ولتاژ منفی متصل می شود. زیرلایه نیز در موقعیت آند قرار می گیرد. ابتدا فشار اولیه محفظه کندوپاش به ‏‎6-10 تا 10-10‎‏ تور می رسد و از آن جایی که متداول-ترین ‏شیوه برای فراهم کردن یون و تولید پلاسما، عبور مداوم گازی مانند آرگون است، با ورود این گاز به محفظه، فشار به ۱ تا ۱۰۰ تور‏ افزایش می یابد و در دمای نزدیک یا بالاتر از انرژی یونیزاسیون اتمی، با برخورد الکترون به اتم های گاز؛ این اتم ها به الکترون ها با بار منفی ویون ها با بار مثبت تجزیه می شوند که به همین ترتیب الکترون اولیه و الکترون های ثانویه ای که در اثر یونیزاسیون تولید شده اند دوباره در یونیزه کردن سایر اتم های گاز شرکت می کنند و پلاسما یا قوس ‏درخشان که همان گاز یونیزه شده‌ای است که همه یا بخش قابل توجهی از اتم های آن یک یا چند الکترون از دست داده اند و به یون های مثبت تبدیل شده باشند، شکل می گیرد. پتانسیل منفی که به کاتد یا هدف اعمال می شود 5/0 تا5 کیلوولت است.
گاز و یا مخلوطی از گازهای مختلف با فشاری حدود چند تا چند صد میلی‌ تور به داخل محفظه کندوپاش وارد می شود. از آن جایی که آرگون نسبت به سایر مواد کندوپاش کننده نسبتا سنگین تر است ضریب نشر ثانویه بزرگ تری دارد (می تواند اتم ها یا مولکول های بیشتری را از سطح هدف جدا کند)، متداول ترین گازی است که برای تولید پلاسما در روش کندوپاش به کار برده می شود. در این روش استفاده از سایر گازهای نجیب مانند هلیوم یا نئون نیز امکان پذیر است. در صورت نیاز به واکنش حین کندوپاش می توان از گازهای اکسیژن و نیتروژن با نسبت های مشخص نسبت به گاز خنثی نیز استفاده کرد که در این صورت مشکلات مربوط به استوکیومتری در کندوپاش واکنشی (Reactive Sputtering) یا کندوپاش ترکیبات مختلف کاهش می یابد. شکل1، طرح واره سیستم کندوپاش را نشان می‌ دهد.

filereader.php?p1=main_3498f35c487f63a81

شکل 1 : طرح واره سیستم لایه نشانی کندوپاش

یونهای شتابدار، انرژی جنبشی بسیار بالایی دارند که رسیدن به این انرژی با حرارت دادن امکان پذیر نیست. از طرفی زیرلایه در معرض برخورد ذرات گوناگون مانند اتم های ‏هدف و یا یون های با انرژی کم تر قرار می‌گیرد. بنابراین اندرکنش میان یون ها و سطح فقط برای ‏سطح هدف مطرح نیست و این اندرکنش ها در سینماتیک جوانه زنی و رشد لایه ایجاد شده بر روی زیرلایه نیز اثرگذار است. کنترل بمباران یونی ‏هدف، خواص و ریزساختار لایه تشکیل شده را تعیین می‌کند
1- فرایند کندوپاش
در فرآیند کندوپاش، در اثر تخلیه الکتریکی و یونیزاسیون گازی که به داخل محفظه کندوپاش وارد شده است، یون های مثبت ایجاد می شوند، این یون ها به سطح هدف برخورد و با انتقال انرژی و تکانه به آن، اتم هایی را از سطح هدف جدا می کنند که هدف را با مقادیر مشخصی از انرژی ترک می کنند. سپس این اتم ها در محیط خلا به سمت زیرلایه حرکت کرده و بر روی آن جمع می-شوند و در نتیجه یک لایه نازک ایجاد می شود. حد کندوپاش (Sputter Yield) بیانگر نسبت اتم های جدا شده از هدف به ازای هر یون برخوردی به سطح است که به عنوان مقیاسی برای بازده فرآیند کندوپاش در نظر گرفته می شود.
2- انواع روش های کندوپاش
متداول ترین روش کندوپاش، کندوپاش مغناطیسی است که در آن میدان مغناطیسی به موازات سطح کاتد اعمال می شود که باعث می گردد الکترون ها در نورانی به جای طی مسیر به صورت مستقیم به صورت مارپیچی حرکت کنند و علاوه بر اینکه الکترونها پرانرژی تر می شوند مسیر بیشتری را طی و اتمهای بیشتری را یونیزه می کنند (شکل 2). بنابراین میدان مغناطیسی، پلاسما را در اطراف سطح هدف محدود می‌ کند که این دام الکترونی آهنگ برخورد بین الکترون ها و مولکول های گاز که کندوپاش را به عهده دارند افزایش می دهد و سبب می شود که لایه نشانی در فشارهای پایین تر قابل انجام شود. میدان مغناطیسی با افزایش چگالی پلاسما، چگالی جریان در هدف یا کاتد را افزایش می دهد و در نتیجه آهنگ کندوپاش افزایش می یابد. به دلیل پایین بودن فشار گاز، ذرات کنده شده فضای محفظه را بدون برخورد طی می کنند که منجر به افزایش آهنگ لایه نشانی می شود. این روش در مقایسه با سایر روش ها، قابلیت لایه نشانی درمقیاس بزرگ را داراست. بنابراین برای کاربردهای صنعتی به طورگسترده استفاده می شود و به منظورافزایش آهنگ لایه نشانی ازکندوپاش مغناطیسی استفاده می گردد

filereader.php?p1=main_a28315a3906deaab4

شکل 2 نمایی از کندوپاش مغناطیسی است که در آن میدان مغناطیسی به موازات سطح کاتد است و باعث می شود الکترون ها به جای طی مسیر به صورت مستقیم به صورت مارپیچی حرکت کنند و الکترون ها پرانرژی تر می شوند و مسیر بیشتری را طی و اتمهای بیشتری را یونیزه می کنند

چنان چه ولتاژ منبع تغذیهDC باشد کندوپاش مستقیم نام دارد و معمولا برای لایه نشانی فلزات به کار گرفته می شود. برای لایه نشانی مواد عایق و نیمه رسانا از پتانسیل فرکانس ‏رادیویی(Radio Frequency - RF) استفاده می شود. برای برخی کاربردها به جای اینکه پلاسما، هدف را ‏کاملاً احاطه کند، استفاده از پرتو یونی راحت تر است که کندوپاش پرتو یونی نامیده می شود. در کندوپاش واکنشی که کاربردهای الکترونیکی دارد از گازهایی مانند ‏O2‎، ‏N2‎ و ‏H2S‏ استفاده می شود که کندوپاش واکنشی نام دارد. بعنوان مثال برای تولیدکربن شبه الماسی از کندوپاش واکنشی استفاده می شودکه با وارد کردن منابع گازی هیدروکربنی مانند متان، استیلن و یا هیدروژن همراه با گاز آرگون به داخل محفظه خلا، کندوپاش در حضورگازهای فعال متان و ... انجام می شود.
سیستم های پیچیده تری برای لایه نشانی به روش کندوپاش وجود دارد که با آن می¬توان از یک هدف که ترکیبی از مواد است استفاده کرد تا لایه ترکیبی ساخت. متداول¬ترین حالت سیستم کندوپاش ساخت چند لایه ای ها است که هر لایه روی لایه زیرین خود قرار می گیرد و بیش تر مصارف الکترونیکی دارد.
دستگاه کندوپاش می تواند طراحی های مختلفی داشته باشد:
1- در سیستم کندوپاش مغناطیسی، میدان مغناطیسی در مجاورت کاتد، تله ای را برای ‏الکترون ها تشکیل می دهد (شکل 2). این میدان مغناطیسی چندان قوی نیست که بتواند یون ها را تحت تاثیر قرار دهد. الکترون ها تحت تاثیر میدان یکنواخت الکتریکی دارای سرعت در جهت مستقیم می باشند اما از آن جایی که در این نوع سیستمها میدان مغناطیسی نیز وجود دارد الکترون ها در ‏راستای میدان الکتریکی حرکت مارپیچ خواهند داشت (بنابراین مسیر بیشتری را برای یونیزه کردن تعداد بیشتر اتمها می پیماید). الکترون ها در صورتی می توانند از تله خارج شوند که انرژی آن ها چند صد الکترون ولت باشد. با برخورد الکترون هایی با انرژی چند صد الکترون ولت اتمهای گاز تبدیل به یون می شوند.از مزایای این دستگاه گرم نشدن زیرلایه، نرخ بالای لایه نشانی و قابلیت لایه نشانی در سطوح بزرگ است.
2- سیستم کندوپاش با دیود موازی که ساده ترین نوع سیستم است و ‏در آن هدف و زیرلایه به موازات یکدیگر قرار گرفته اند مانند آن چه در شکل1 مشاهده می شود.
3- سیستم کندوپاش با دیود مسطح که در آن هدف و زیر لایه مجاور هم قرار می گیرند. در این نوع سیستم در حین بمباران یونی، سطح زیرلایه نیز بمباران می شود و آلودگی های آن تمیز می شود. هر چند بیش ترین ‏چسبندگی لایه با زیر لایه در این نوع سیستم حاصل می شود که اتفاق مطلوبی است، اما ‏در این نوع سیستم برای ایجاد پلاسما به فشارهای بالاتری نیاز است و در نتیجه حرکت بالستیک اتم های کنده شده از هدف به حرکت نفوذی تبدیل می شود. در واقع این اتم های کنده شده حین رسیدن به زیرلایه، با اتمهای محیط برخورد کرده و از مسیر خود منحرف می شوند و به دنبال آن نرخ لایه نشانی کاهش می یابد و همچنین باعث آلودگی ‏زیاد محفظه می شود.
در کندوپاش از نوع دیودی، کاتد بایستی رسانای الکتریسیته باشد که برای عناصر و ترکیبات غیررسانا از سایر روش های کندوپاش می توان استفاده کرد. از طرفی در این روش نرخ کنده شدن ذرات از روی کاتد بیش تر از نرخ لایه نشانی بر روی زیرلایه است.
4- سیستم کندوپاش تریودی که در واقع در آن برای رفع مشکل سیستم دیود مسطح، از یک الکترود دیگر نیز استفاده شده است. ‏در سیستم تریود، یک فیلامان داغ به داخل قوس الکترون می تابد (گسیل ترمویونی) و می تواند در فشار پایین پلاسمای ‏شدید ایجاد کند. این نوع سیستم در لایه نشانی ترکیبات پیچیده مانند لایه های ابررسانا و کاربردهای نیمه صنعتی به کار می رود. شکل 3 طرح واره ای از سیستم تریودی را نشان می دهد.

filereader.php?p1=main_d1f3e5a22412dcab7

شکل 3: طرح دستگاه کندوپاش با سیستم تریود

4- مزایا و معایب
از آن جایی که در روش کندوپاش، ماده ای که به عنوان منبع لایه نشانی می باشد به جای ‏فرایند شیمیایی یا تبخیر حرارتی، با استفاده از تغییر تکانه از سطح هدف به فاز گاز وارد می شود. از مزایای کندوپاش این است که هر ماده ای می تواند با این روش تبخیر و لایه نشانی شود. بنابراین بسیاری از مواد که طی یک فرایند شیمیایی قابل تولید نیستند و یا برای تبخیر حرارتی به حرارت ‏زیادی نیاز دارند با استفاده از روش کندوپاش می توانند لایه نشانی شوند. برای مثال فلز تنگستن برای تبخیر به قدری حرارت نیاز دارد که به تجهیزات خلاء دمای بالا نیاز است اما با روش کندوپاش به راحتی لایه نشانی می شود. بنابراین مهمترین ویژگی و مزیت فرایند کندوپاش این است که برای گستره ای از مواد قابل استفاده است.
در حین لایه نشانی به روش کندوپاش، سطح لایه می تواند به وسیله یون‌های پرانرژی بمباران شود که به خاطر صدمه رساندن و یا کنده شدن اتم‌های سطحِ لایه تشکیل شده روی زیرلایه، اتفاق خوشایندی محسوب نمی شود. به منظور کاهش برخورد یون‌های منفی و کاهش اثر آن ها دو رهیافت وجود دارد (از آن جایی که زیرلایه به عنوان آند می باشد یون های منفی به سمت آن شتاب می گیرند). (الف) استفاده از فشار بالای گاز که در اثر برخوردهای ناخواسته یون های منفی با اتمها و یونهای محیط پلاسما، انرژی آنها کاهش یابد و (ب) کندوپاش بدون محور که زیرلایه در راستای هدف قرار ندارد. طرح واره این چیدمان درشکل4 مشاهده می شود. این روش برای ایجاد لایه های نازک ابر رسانا در دماهای بالا به کار گرفته می شود. از معایب آن کاهش سرعت لایه نشانی و محدودیت در استفاده برای زیرلایه های بزرگ است

filereader.php?p1=main_7570005c0ff77cc08

شکل4: طرح واره سیستم کندوپاش برای کاهش میزان برخورد یون های منفی به لایه که این سیستم به منظور کاهش آسیب وارد شده به لایه، طراحی شده است

از آن جایی که مواد فرومغناطیس قابلیت نفوذ پذیری مغناطیسی بالایی دارند برای لایه نشانی آن ها به روش کندوپاش نمی‌ توان از کندوپاش مغناطیسی متداول استفاده کرد که از کندوپاش هدف‌ نما (Facing Target Sputtering) استفاده می‌ شود. شکل5 طرح واره این سیستم را نشان می دهد. در این سیستم کندوپاش، از دو هدف استفاده می‌شود که به موازات یکدیگر قرار دارند و زیرلایه در بیرون منطقه پلاسما می باشد. این چیدمان نه تنها مزایای کندوپاش مغناطیسی متداول را دارد، بلکه باعث می شود که میزان بمباران سطح لایه تشکیل شده روی زیرلایه به وسیله یون ها کاهش یابد.

filereader.php?p1=main_757e6949aa0db1866

شکل5 طرح واره سیستم کندوپاش هدف نما

5- کاربردهای روش کندوپاش
محصولات زیادی با استفاده از کندوپاش به طور صنعتی تولید می شودکه از آن جمله می توان به لایه ‏نوری آمورف برای ادوات نوری مجتمع، نورتاب ها در ‏نمایشگرها، ادوات حافظه نوری، ادوات حافظه آمورف، خازن و مقاومت های لایه نازک ، دیسک های ویدئویی، ‏الکترولیت های جامد، لیزرهای لایه نازک، تفلون در صنایع خانگی، آلومینیم و فلزات ‏دیر گداز به عنوان رسانا و انواع عایق در صنایع ریزمدار و الکترودهای شفاف روی زیرلایه های شفاف اشاره کرد
کاربردهای کندوپاش را می توان به چهار کاربرد عمده دسته بندی کرد:
1- لایه نشانی : تمامی موادی که قابلیت لایه¬نشانی به روش فیزیکی را دارا هستند می توان با روش کندوپاش لایه نشانی کرد. البته امروزه تلاش می شود تا با کمک از نانوفناوری و تکنیک های ساده چاپ با استفاده از جوهر حاوی نانوذرات کلوئیدی و یک حرارت دهی ساده و ‏بدون استفاده از خلاء که هزینه بسیاری را در بر می گیرد، لایه نازک تولید شود. اما گستره مواد قابل چاپ به گستردگی موادی که ‏با روش کندوپاش لایه نشانی می شوند نیست. از طرف دیگر تکنیک هایی برای لایه نشانی لایه های نانوساختار به وسیله روش کندوپاش در حال توسعه است که در مورد طلا و پالادیم که کاربردهای کاتالیستی دارند این تکنیک ها تجاری شده است.‏
2- حکاکی (‏Etching‏): در صنعت نیمه رساناها برای حکاکی هدف از روش کندوپاش استفاده می شود. ‏این روش زمانی استفاده می شود که می خواهیم حکاکی ها نامنظم و در راستای عمود بر هدف باشند.
3- آنالیز: برای آنالیز عمقی نمونه، نمونه به عنوان هدف قرار می گیرد و با حکاکی و کندوپاش نمونه عمق های مختلف آن بررسی می شود.
4- هر چند روش کندوپاش برای ساخت لایه در مقیاس های نانو تا میکرومتر استفاده می شود، تحت شرایط کنترل شده می توان با به کارگیری آن نانوذرات فلزی و یا نانوذرات نیمه رسانا تولید کرد.

منابـــــع :

1. Milton Ohering, “Materials Science of Thin Films, Deposition and Structure”, 2nd Edition, New York, Academic Press (2002).
2.Wang. Z, Handbook of Nanophase and Nanostructured Material, Kluwer Academic, (1991).

۱ نظر

شرکت مهندسی نانو آداک

شرکت مهندسی نانو آداک

طراحی و ساخت، تأمین مواد و تجهیزات

۳ مطلب با کلمه‌ی کلیدی «لایه نشانی در خلأ» ثبت شده است

سیستم لایه نشانی اسپاترینگ خلأ (DC)

مواد و تارگت های فلزی سوپر خالص جهت لایه نشانی

لایه نشانی به روش کندوپاش