पतली फिल्म

एक पतली फिल्म नैनोमीटर (मोनोलेयर) के अंशों से लेकर मोटाई में कई माइक्रोमीटर तक की सामग्री की एक परत है। पतली फिल्मों के रूप में सामग्री का नियंत्रित संश्लेषण (एक प्रक्रिया जिसे बयान कहा जाता है) कई अनुप्रयोगों में एक मौलिक कदम है। एक परिचित उदाहरण घरेलू दर्पण है, जिसमें आमतौर पर एक परावर्तक इंटरफ़ेस बनाने के लिए कांच की शीट के पीछे एक पतली धातु की कोटिंग होती है। चांदी को चमकाने की प्रक्रिया का इस्तेमाल आमतौर पर दर्पण बनाने के लिए किया जाता था, जबकि हाल ही में धातु की परत को स्पटरिंग जैसी तकनीकों का उपयोग करके जमा किया जाता है। 20वीं शताब्दी के दौरान पतली फिल्म निक्षेपण तकनीकों में हुई प्रगति ने क्षेत्रों में व्यापक श्रेणी की तकनीकी सफलताओं को संभव बनाया है जैसे चुंबकीय रिकॉर्डिंग मीडिया, इलेक्ट्रॉनिक अर्धचालक उपकरण, एकीकृत निष्क्रिय उपकरण, एलईडी, ऑप्टिकल कोटिंग्स (जैसे कि एंटीरफ्लेक्टिव कोटिंग्स), काटने के उपकरण पर कठोर कोटिंग्स, और ऊर्जा उत्पादन (जैसे पतली-फिल्म सौर सेल) और भंडारण (पतली-फिल्म) दोनों के लिए बैटरी)। यह पतली फिल्म दवा वितरण के माध्यम से फार्मास्यूटिकल्स पर भी लागू किया जा रहा है। पतली फिल्मों के ढेर को बहुपरत कहा जाता है।

उनकी लागू रुचि के अलावा, पतली फिल्में नई और अनूठी गुणों वाली सामग्रियों के विकास और अध्ययन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। उदाहरणों में शामिल हैं मल्टीफ़ेरिक सामग्री, और सुपरलैटिस जो क्वांटम घटना के अध्ययन की अनुमति देता है।

केंद्रक (न्यूक्लिएशन)

केंद्रक (न्यूक्लिएशन) वृद्धि की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है जो एक पतली फिल्म की अंतिम संरचना को निर्धारित करने में मदद करता है। कई विकास विधियां केंद्रक (न्यूक्लिएशन) नियंत्रण पर निर्भर करती हैं जैसे कि परमाणु परत अधिरोहण (परमाणु परत जमाव)। केंद्रक (न्यूक्लिएशन) को सोखना, निक्षेपण, और सतह प्रसार की सतह प्रक्रिया को चिह्नित करके तैयार किया जा सकता है।

सोखना और विशोषण

सोखना एक सब्सट्रेट सतह के साथ वाष्प परमाणु या अणु की बातचीत है। बातचीत को चिपके हुए गुणांक की विशेषता के रूप में देखा जा सकता है, आने वाली प्रजातियों का अंश सतह के साथ थर्मली संतुलित अवस्था बनाता है। विशोषण सोखना को उलट देता है जहां पहले से अधिशोषित अणु सीमांकन ऊर्जा पर काबू पा लेता है और क्रियाधार सतह को छोड़ देता है।

दो प्रकार के सोखना, भौतिकी और रसायन, परमाणु बातचीत की ताकत से प्रतिष्ठित हैं।Physisortion एक स्ट्रेच या तुला अणु के बीच वैन डेर वाल्स बॉन्डिंग का वर्णन करता है और सोखना ऊर्जा द्वारा विशेषता सतह $E_{p}$।वाष्पित अणु तेजी से गतिज ऊर्जा खो देते हैं और सतह परमाणुओं के साथ संबंध करके अपनी मुक्त ऊर्जा को कम कर देते हैं। रासायनिक अधिशोषण सोखना ऊर्जा द्वारा विशेषता सब्सट्रेट परमाणुओं के साथ अणु के मजबूत इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण (आयनिक या सहसंयोजक बंधन) का वर्णन करता है $E_{c}$।शारीरिक और रसायन विज्ञान की प्रक्रिया को संभावित ऊर्जा द्वारा दूरी के एक समारोह के रूप में कल्पना की जा सकती है।फिजियोसोरेशन के लिए संतुलन की दूरी सतह से आगे है, जो कि रसायन विज्ञान की तुलना में है। भौतिकशोषित से रसोवशोषित स्थितियों में संक्रमण प्रभावी ऊर्जा बाधा द्वारा शासित होता है $E_{a}$.

क्रिस्टल सतहों में बड़े के साथ विशिष्ट संबंध साइटें होती हैं $E_{a}$ मान जो समग्र रूप से मुक्त ऊर्जा को कम करने के लिए वाष्प अणुओं द्वारा अधिमानतः आबाद होंगे।ये स्थिर साइटें अक्सर कदम किनारों, रिक्तियों और पेंच अव्यवस्थाओं पर पाई जाती हैं।सबसे स्थिर साइटें भरी जाने के बाद, Adatom-Adatom (वाष्प अणु) बातचीत महत्वपूर्ण हो जाती है।

केंद्रक (न्यूक्लिएशन) मॉडल

केंद्रक (न्यूक्लिएशन) कैनेटीक्स को केवल सोखना और desorption पर विचार करते हुए मॉडलिंग की जा सकती है।पहले ऐसे मामले पर विचार करें जहां कोई म्यूचुअल एडैटोम इंटरैक्शन नहीं है, कोई क्लस्टरिंग या स्टेप किनारों के साथ बातचीत नहीं है।

Adatom सतह घनत्व के परिवर्तन की दर $n$, कहाँ पे $J$ शुद्ध प्रवाह है, $\tau _{a}$ desorption से पहले सतह की सतह का जीवनकाल है और $\sigma$ चिपके हुए गुणांक है:

${dn \over dt}=J\sigma -{n \over \tau _{a}}$

$n=J\sigma \tau _{a}\left[1-\exp \left({-t \over \tau _{a}}\right)\right]n=J\sigma \tau _{a}\left[\exp \left({-t \over \tau _{a}}\right)\right]$ सोखना को अलग -अलग आइसोथर्म जैसे कि लैंगमुइर मॉडल और बीईटी मॉडल द्वारा भी मॉडल किया जा सकता है।Langmuir मॉडल एक संतुलन स्थिरांक प्राप्त करता है $b$ सब्सट्रेट सतह पर रिक्ति के साथ वाष्प एडाटोम के सोखना प्रतिक्रिया के आधार पर।बीईटी मॉडल आगे फैलता है और परमाणुओं के आस -पास के ढेर के बीच बातचीत के बिना पहले से सोखने वाले एडैटोम्स पर एडैटोम्स को जमाव की अनुमति देता है।परिणामी व्युत्पन्न सतह कवरेज संतुलन वाष्प दबाव और लागू दबाव के संदर्भ में है।

Langmuir मॉडल जहां $P_{A}$ adsorbed adatoms का वाष्प दबाव है:

$\theta ={bP_{A} \over (1+bP_{A})}$ दांव मॉडल जहां $p_{e}$ adsorbed adatoms का संतुलन वाष्प दबाव है और $p$ adsorbed adatoms का लागू वाष्प दबाव है:

$\theta ={Xp \over (p_{e}-p)\left[1+(X-1){p \over p_{e}}\right]}$ एक महत्वपूर्ण नोट के रूप में, सतह क्रिस्टलोग्राफी और सतह पर टूटे हुए बॉन्ड के कारण समग्र मुक्त इलेक्ट्रॉनिक और बंधन ऊर्जा को कम करने के लिए थोक से भिन्न होता है।यह एक नई संतुलन स्थिति में परिणाम कर सकता है जिसे "सेल्वेडेज" के रूप में जाना जाता है, जहां समानांतर बल्क जाली समरूपता संरक्षित है।यह घटना केंद्रक (न्यूक्लिएशन) की सैद्धांतिक गणना से विचलन का कारण बन सकती है।

सतह प्रसार

भूतल प्रसार सब्सट्रेट सतह पर ऊर्जा मिनिमा के बीच चलते हुए adsorbed परमाणुओं की पार्श्व गति का वर्णन करता है।प्रसार सबसे आसानी से सबसे कम हस्तक्षेप संभावित बाधाओं के साथ स्थितियों के बीच होता है।सतह के प्रसार को ग्लेंसिंग-एंगल आयन बिखरने का उपयोग करके मापा जा सकता है।घटनाओं के बीच औसत समय का वर्णन किया जा सकता है:

$\tau _{d}=(1/v_{1})\exp(E_{d}/kT_{s})$ Adatom माइग्रेशन के अलावा, Adatom के क्लस्टर कोयलेस या deplete कर सकते हैं।प्रक्रियाओं के माध्यम से क्लस्टर सहसंयोजक, जैसे कि ओस्टवल्ड पकने और सिंटरिंग, सिस्टम की कुल सतह ऊर्जा को कम करने के जवाब में होता है।ओस्टवल्ड रेपिनिंग उस प्रक्रिया का वर्णन करता है जिसमें विभिन्न आकारों के साथ एडैटम्स के द्वीप छोटे लोगों की कीमत पर बड़े लोगों में बढ़ते हैं।जब द्वीप संपर्क करते हैं और जुड़ते हैं तो सिंटरिंग सह -तंत्र है।

जमाव

एक पतली फिल्म को एक सतह पर लागू करने का कार्य पतली-फिल्म बयान है-एक सब्सट्रेट पर या पहले से जमा की गई परतों पर सामग्री की एक पतली फिल्म जमा करने के लिए कोई भी तकनीक। पतला एक सापेक्ष शब्द है, लेकिन अधिकांश बयान तकनीक कुछ दसियों नैनोमीटर के भीतर परत की मोटाई को नियंत्रित करती हैं। आणविक बीम एपिटैक्सी, द लैंगमुइर -ब्लोडगेट फिल्म | लैंगमुइर -ब्लोडगेट विधि, परमाणु परत जमाव और आणविक परत के बयान परमाणुओं या अणुओं की एक ही परत को एक समय में जमा करने की अनुमति देते हैं।

यह प्रकाशिकी के निर्माण में उपयोगी है (उदाहरण के लिए, परावर्तक, एंटी-रिफ्लेक्टिव कोटिंग्स या सेल्फ-क्लीनिंग ग्लास के लिए), इलेक्ट्रॉनिक्स (इंसुलेटर्स, सेमीकंडक्टर्स की परतें, और कंडक्टर एकीकृत सर्किट बनाते हैं), पैकेजिंग (यानी, एल्यूमीनियम-कोटेड पीईटी फिल्म ), और समकालीन कला में (लैरी बेल का काम देखें)। इसी तरह की प्रक्रियाओं का उपयोग कभी-कभी किया जाता है जहां मोटाई महत्वपूर्ण नहीं है: उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोप्लेटिंग द्वारा तांबे की शुद्धि, और गैस-चरण प्रसंस्करण के बाद सीवीडी जैसी प्रक्रिया द्वारा सिलिकॉन और समृद्ध यूरेनियम का जमाव।

बयान तकनीक दो व्यापक श्रेणियों में आती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि प्रक्रिया मुख्य रूप से रासायनिक या भौतिक है या नहीं।

रासायनिक जमाव

यहाँ, एक द्रव विकट: अग्रदूत | अग्रदूत एक ठोस सतह पर एक रासायनिक परिवर्तन से गुजरता है, एक ठोस परत को छोड़ देता है। एक रोजमर्रा का उदाहरण एक शांत वस्तु पर कालिख का गठन होता है जब इसे एक लौ के अंदर रखा जाता है। चूंकि द्रव ठोस वस्तु को घेरता है, इसलिए दिशा में बहुत कम संबंध के साथ, हर सतह पर जमाव होता है; रासायनिक जमाव तकनीकों की पतली फिल्में दिशात्मक के बजाय अनुरूप होती हैं।

रासायनिक बयान को आगे अग्रदूत के चरण द्वारा वर्गीकृत किया गया है:

चढ़ाना तरल अग्रदूतों पर निर्भर करता है, अक्सर धातु के नमक के साथ पानी का एक घोल जमा किया जाता है। कुछ चढ़ाना प्रक्रियाओं को पूरी तरह से समाधान में अभिकर्मकों द्वारा संचालित किया जाता है (आमतौर पर महान धातुओं के लिए), लेकिन अब तक सबसे अधिक व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण प्रक्रिया इलेक्ट्रोप्लेटिंग है। अर्धचालक विनिर्माण में, इलेक्ट्रोकेमिकल बयान के रूप में जाना जाने वाला इलेक्ट्रोप्लेटिंग का एक उन्नत रूप अब उन्नत चिप्स में तांबे प्रवाहकीय तारों को बनाने के लिए उपयोग किया जाता है, एल्यूमीनियम तारों के लिए पिछली चिप पीढ़ियों के लिए उपयोग की जाने वाली रासायनिक और भौतिक बयान प्रक्रियाओं की जगह सोल-गेल | रासायनिक समाधान जमाव (सीएसडी) या रासायनिक स्नान जमाव (सीबीडी) एक तरल अग्रदूत का उपयोग करता है, आमतौर पर एक कार्बनिक विलायक में भंग ऑर्गेनोमेटालिक पाउडर का एक समाधान।यह एक अपेक्षाकृत सस्ती, सरल पतली-फिल्म की प्रक्रिया है जो स्टोइकोमेट्रिक रूप से सटीक क्रिस्टलीय चरणों का उत्पादन करती है।इस तकनीक को सोल-जेल विधि के रूप में भी जाना जाता है क्योंकि 'सोल' (या समाधान) धीरे-धीरे जेल-जैसे डिपासिक सिस्टम के गठन की ओर विकसित होता है।

Langmuir -Blodgett फिल्म | Langmuir -Blodgett विधि एक जलीय सबफ़ेज़ के शीर्ष पर तैरने वाले अणुओं का उपयोग करती है।अणुओं की पैकिंग घनत्व को नियंत्रित किया जाता है, और पैक किए गए मोनोलेयर को सबफेज़ से ठोस सब्सट्रेट की नियंत्रित वापसी द्वारा एक ठोस सब्सट्रेट पर स्थानांतरित किया जाता है।यह विभिन्न अणुओं की पतली फिल्मों जैसे नैनोकणों, पॉलिमर और लिपिड को नियंत्रित कण पैकिंग घनत्व और परत की मोटाई के साथ बनाने की अनुमति देता है। स्पिन कोटिंग या स्पिन कास्टिंग, एक तरल अग्रदूत, या एक चिकनी, सपाट सब्सट्रेट पर जमा किए गए सोल-जेल अग्रदूत का उपयोग करता है, जो बाद में एक उच्च वेग पर घूमता है ताकि सेंट्रीफ्यूगली सब्सट्रेट पर समाधान फैलाया जा सके।जिस गति से समाधान होता है और सोल की चिपचिपाहट जमा फिल्म की अंतिम मोटाई निर्धारित करती है।वांछित के रूप में फिल्मों की मोटाई बढ़ाने के लिए बार -बार जमा की जा सकती है।थर्मल उपचार अक्सर अनाकार स्पिन लेपित फिल्म को क्रिस्टलीकृत करने के लिए किया जाता है।इस तरह की क्रिस्टलीय फिल्में एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट पर क्रिस्टलीकरण के बाद कुछ पसंदीदा अभिविन्यास प्रदर्शित कर सकती हैं। डिप-कोटिंग | डिप कोटिंग स्पिन कोटिंग के समान है जिसमें एक तरल अग्रदूत या सोल-गेल अग्रदूत एक सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है, लेकिन इस मामले में सब्सट्रेट पूरी तरह से समाधान में डूब जाता है और फिर नियंत्रित परिस्थितियों में वापस ले लिया जाता है।वापसी की गति को नियंत्रित करके, वाष्पीकरण की स्थिति (मुख्य रूप से आर्द्रता, तापमान) और विलायक की अस्थिरता/चिपचिपाहट, फिल्म की मोटाई, समरूपता और नैनोस्कोपिक आकृति विज्ञान को नियंत्रित किया जाता है।दो वाष्पीकरण व्यवस्थाएं हैं: केशिका क्षेत्र बहुत कम वापसी की गति पर, और तेजी से वाष्पीकरण गति पर जल निकासी क्षेत्र। रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) आम तौर पर एक गैस-चरण अग्रदूत का उपयोग करता है, अक्सर तत्व के एक हलाइड या हाइड्राइड को जमा किया जाता है। MOCVD के मामले में, एक ऑर्गनोमेटेलिक गैस का उपयोग किया जाता है। वाणिज्यिक तकनीक अक्सर अग्रदूत गैस के बहुत कम दबाव का उपयोग करती है।

प्लाज्मा एन्हांस्ड CVD (PECVD) एक अग्रदूत के रूप में एक आयनित वाष्प, या प्लाज्मा का उपयोग करता है। उपरोक्त कालिख उदाहरण के विपरीत, वाणिज्यिक PECVD एक प्लाज्मा का उत्पादन करने के लिए, रासायनिक-प्रतिक्रिया के बजाय विद्युत चुम्बकीय साधनों (विद्युत प्रवाह, माइक्रोवेव उत्तेजना) पर निर्भर करता है।

परमाणु परत जमाव (ALD), और इसकी बहन तकनीक आणविक परत जमाव (MLD), एक समय में एक परत को एक परत जमा करने के लिए गैसीय अग्रदूत का उपयोग करती है। प्रक्रिया को दो आधी प्रतिक्रियाओं में विभाजित किया जाता है, अनुक्रम में चलाया जाता है और प्रत्येक परत के लिए दोहराया जाता है, ताकि अगली परत शुरू करने से पहले कुल परत संतृप्ति सुनिश्चित हो सके। इसलिए, एक अभिकारक को पहले जमा किया जाता है, और फिर दूसरा अभिकारक जमा किया जाता है, जिसके दौरान सब्सट्रेट पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, जिससे वांछित रचना बनती है। स्टेपवाइज के परिणामस्वरूप, प्रक्रिया सीवीडी की तुलना में धीमी है, हालांकि इसे सीवीडी के विपरीत, कम तापमान पर चलाया जा सकता है।

भौतिक बयान

भौतिक बयान यांत्रिक, विद्युत या थर्मोडायनामिक का उपयोग करता है जो ठोस की एक पतली फिल्म का निर्माण करता है। एक रोजमर्रा का उदाहरण ठंढ का गठन है। चूंकि अधिकांश इंजीनियरिंग सामग्री अपेक्षाकृत उच्च ऊर्जाओं द्वारा एक साथ आयोजित की जाती हैं, और इन ऊर्जाओं को संग्रहीत करने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग नहीं किया जाता है, वाणिज्यिक भौतिक बयान प्रणालियों को ठीक से काम करने के लिए कम दबाव वाले वाष्प वातावरण की आवश्यकता होती है; अधिकांश को भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

जमा की जाने वाली सामग्री को एक ऊर्जावान, एन्ट्रोपिक वातावरण में रखा जाता है, ताकि सामग्री के कण इसकी सतह से बच जाएं। इस स्रोत का सामना करना एक कूलर सतह है जो इन कणों से ऊर्जा खींचता है जैसे वे आते हैं, जिससे उन्हें एक ठोस परत बनाने की अनुमति मिलती है। पूरे सिस्टम को एक वैक्यूम डिपोजिशन चैंबर में रखा जाता है, ताकि कणों को यथासंभव स्वतंत्र रूप से यात्रा करने की अनुमति मिल सके। चूंकि कण एक सीधे रास्ते का पालन करते हैं, इसलिए भौतिक साधनों द्वारा जमा की गई फिल्में आमतौर पर दिशात्मक होती हैं, बजाय इसके अनुरूप।

भौतिक बयान के उदाहरणों में शामिल हैं:

चांदी के एक-परमाणु-मोटी द्वीपों को थर्मल वाष्पीकरण द्वारा पैलेडियम की सतह पर जमा किया जाता है।टनलिंग माइक्रोस्कोपी (एसटीएम) का उपयोग करके एक पूर्ण मोनोलेयर को पूरा करने के लिए आवश्यक समय को ट्रैक करके सतह के कवरेज का अंशांकन प्राप्त किया गया था और क्वांटम-अच्छी तरह से राज्यों के उद्भव से कोण-संकल्पित फोटोमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी में सिल्वर फिल्म की मोटाई की विशेषता है।।छवि का आकार 250 एनएम से 250 एनएम है।

एक थर्मल वाष्पीकरणकर्ता जो सामग्री को पिघलाने और एक उपयोगी सीमा तक अपने वाष्प दबाव को बढ़ाने के लिए एक विद्युत प्रतिरोध हीटर का उपयोग करता है। यह एक उच्च वैक्यूम में किया जाता है, दोनों वाष्प को चैम्बर में अन्य गैस-चरण परमाणुओं के खिलाफ प्रतिक्रिया या बिखरने के बिना सब्सट्रेट तक पहुंचने की अनुमति देते हैं, और वैक्यूम चैम्बर में अवशिष्ट गैस से अशुद्धियों के समावेश को कम करते हैं। जाहिर है, हीटिंग तत्व की तुलना में बहुत अधिक वाष्प दबाव वाली सामग्री को फिल्म के संदूषण के बिना जमा किया जा सकता है। आणविक बीम एपिटैक्सी थर्मल वाष्पीकरण का एक विशेष रूप से परिष्कृत रूप है।

एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरणकर्ता सामग्री के एक छोटे से स्थान को उबालने के लिए एक इलेक्ट्रॉन बंदूक से एक उच्च-ऊर्जा बीम को आग लगाता है; चूंकि हीटिंग एक समान नहीं है, इसलिए कम वाष्प दबाव सामग्री जमा की जा सकती है। बीम आमतौर पर 270 ° के कोण के माध्यम से मुड़ा हुआ है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बंदूक फिलामेंट सीधे वाष्पीकरण प्रवाह के संपर्क में नहीं है। इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण के लिए विशिष्ट बयान दर 1 से 10 नैनोमीटर प्रति सेकंड तक होती है।

आणविक बीम एपिटैक्सी (एमबीई) में, एक तत्व की धीमी धाराओं को सब्सट्रेट पर निर्देशित किया जा सकता है, ताकि सामग्री एक समय में एक परमाणु परत जमा करती है। गैलियम आर्सेनाइड जैसे यौगिकों को आमतौर पर एक तत्व (यानी, गैलियम) की एक परत को बार -बार लागू करके जमा किया जाता है, फिर दूसरे की एक परत (यानी, आर्सेनिक), ताकि प्रक्रिया रासायनिक हो, साथ ही भौतिक भी हो; यह परमाणु परत के बयान के रूप में भी जाना जाता है। यदि उपयोग में अग्रदूत कार्बनिक हैं, तो तकनीक को आणविक परत जमाव कहा जाता है। सामग्री की किरण को या तो भौतिक साधनों (यानी, एक भट्ठी द्वारा) या एक रासायनिक प्रतिक्रिया (रासायनिक बीम एपिटैक्सी) द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है।

स्पटरिंग एक प्लाज्मा (आमतौर पर एक महान गैस, जैसे आर्गन) पर निर्भर करता है, एक समय में कुछ परमाणुओं को लक्ष्य से दस्तक देता है। लक्ष्य को अपेक्षाकृत कम तापमान पर रखा जा सकता है, क्योंकि यह प्रक्रिया वाष्पीकरण में से एक नहीं है, जिससे यह सबसे लचीली बयान तकनीकों में से एक है। यह विशेष रूप से यौगिकों या मिश्रणों के लिए उपयोगी है, जहां विभिन्न घटक अन्यथा अलग -अलग दरों पर वाष्पित हो जाते हैं। ध्यान दें, स्पटरिंग का कदम कवरेज कम या ज्यादा अनुरूप है। यह ऑप्टिकल मीडिया में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सीडी, डीवीडी और बीडी के सभी प्रारूपों का निर्माण इस तकनीक की मदद से किया जाता है। यह एक तेज तकनीक है और यह एक अच्छी मोटाई नियंत्रण भी प्रदान करती है। वर्तमान में, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन गैसों का उपयोग स्पटरिंग में भी किया जा रहा है।

स्पंदित लेजर डिपोजिशन सिस्टम एक एब्लेशन प्रक्रिया द्वारा काम करते हैं। केंद्रित लेजर प्रकाश के दालों को लक्ष्य सामग्री की सतह को वाष्पीकृत किया जाता है और इसे प्लाज्मा में बदल दिया जाता है; यह प्लाज्मा आमतौर पर सब्सट्रेट तक पहुंचने से पहले एक गैस के लिए प्रतिवाद करता है। कैथोडिक आर्क डिपोजिशन (एआरसी-पीवीडी) जो एक प्रकार का आयन बीम बयान है जहां एक विद्युत चाप बनाया जाता है जो कैथोड से आयन को सचमुच विस्फोट करता है। आर्क में एक उच्च शक्ति घनत्व होता है जिसके परिणामस्वरूप उच्च स्तर का आयनीकरण (30-100%) होता है, जो आयनों, तटस्थ कणों, समूहों और मैक्रो-कणों (बूंदों) को गुणा किया जाता है। यदि वाष्पीकरण प्रक्रिया के दौरान एक प्रतिक्रियाशील गैस पेश की जाती है, तो आयन प्रवाह के साथ बातचीत के दौरान पृथक्करण, आयनीकरण और उत्तेजना हो सकती है और एक यौगिक फिल्म जमा की जाएगी।

इलेक्ट्रोहाइड्रोडायनामिक बयान (इलेक्ट्रोस्प्रे बयान) पतली-फिल्म बयान की एक अपेक्षाकृत नई प्रक्रिया है। तरल जमा करने के लिए, या तो नैनोपार्टिकल समाधान के रूप में या बस एक समाधान के रूप में, एक छोटे केशिका नोजल (आमतौर पर धातु) को खिलाया जाता है जो एक उच्च वोल्टेज से जुड़ा होता है। जिस सब्सट्रेट पर फिल्म को जमा करना है, वह जमीन से जुड़ा हुआ है। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव के माध्यम से, नोजल से निकलने वाला तरल एक शंक्वाकार आकार (टेलर शंकु) लेता है और शंकु के शीर्ष पर एक पतली जेट निकलती है जो रेले चार्ज सीमा के प्रभाव में बहुत ठीक और छोटे सकारात्मक रूप से चार्ज बूंदों में विघटित हो जाती है। । बूंदें छोटी और छोटी होती रहती हैं और अंततः एक समान पतली परत के रूप में सब्सट्रेट पर जमा हो जाती हैं।

विकास मोड

फ्रैंक-वैन-डेर-मेरवे फैशन

साइड -करस्टन फैशन

वोल्मर - वेबर मोड

फ्रैंक - वैन डेर मेरवे ग्रोथ ( परत दर परत )।इस विकास मोड में adsorbate- सतह और adsorbate-adsorbate इंटरैक्शन संतुलित हैं।इस प्रकार की वृद्धि के लिए जाली मिलान की आवश्यकता होती है, और इसलिए एक आदर्श विकास तंत्र माना जाता है।

स्ट्रैंस्की -क्रस्टनोव विकास (संयुक्त द्वीप या परत-प्लस-आइलैंड)।इस विकास मोड में Adsorbate- सतह की बातचीत Adsorbate-adsorbate इंटरैक्शन की तुलना में अधिक मजबूत होती है।

वोल्मर -वेबर (पृथक द्वीप)।इस विकास मोड में Adsorbate-adsorbate इंटरैक्शन adsorbate- सतह इंटरैक्शन की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं, इसलिए द्वीपों का निर्माण तुरंत होता है।

एपिटैक्सी

Further information: Epitaxy

पतली-फिल्म बयान प्रक्रियाओं और अनुप्रयोगों का एक सबसेट सामग्री के तथाकथित एपिटैक्सियल विकास पर केंद्रित है, क्रिस्टलीय पतली फिल्मों का जमाव जो सब्सट्रेट के क्रिस्टलीय संरचना के बाद बढ़ता है।एपिटैक्सी शब्द ग्रीक रूट्स एपि (ἐ and), ऊपर का अर्थ है, और टैक्सियों (τάξις) से आता है, जिसका अर्थ है एक आदेशित तरीका।इसे व्यवस्थित करने के रूप में अनुवादित किया जा सकता है।

होमोपिटैक्सी शब्द उस विशिष्ट मामले को संदर्भित करता है जिसमें एक ही सामग्री की एक फिल्म एक क्रिस्टलीय पर उगाई जाती है सब्सट्रेट।इस तकनीक का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक फिल्म को विकसित करने के लिए जो सब्सट्रेट की तुलना में अधिक शुद्ध है, कम घनत्व है दोषों की, और अलग -अलग डोपिंग स्तर वाली परतों को गढ़ने के लिए।Heteroepitaxy उस मामले को संदर्भित करता है जिसमें फिल्म जमा की जा रही है, सब्सट्रेट से अलग है।

पतली फिल्मों के एपिटैक्सियल ग्रोथ के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकों में आणविक बीम एपिटैक्सी, केमिकल वाष्प जमाव शामिल हैं, और स्पंदित लेजर बयान।

तनाव और तनाव

पतली फिल्मों को एक सब्सट्रेट के साथ उनके इंटरफ़ेस से उत्पन्न तनाव के माध्यम से द्विअक्षीय रूप से लोड किया जा सकता है।एपिटैक्सियल पतली फिल्में फिल्म और सब्सट्रेट के सुसंगत जाली के बीच मिसफिट उपभेदों से तनाव का अनुभव कर सकती हैं।सब्सट्रेट के साथ थर्मल विस्तार गुणांक में अंतर के कारण ऊंचे तापमान पर उगाई जाने वाली पतली फिल्मों में थर्मल तनाव आम है। इंटरफेसियल ऊर्जा में अंतर और अनाज के विकास और सहसंयोजक पतली फिल्मों में आंतरिक तनाव में योगदान करते हैं।ये आंतरिक तनाव फिल्म की मोटाई का एक कार्य हो सकते हैं। ref>Smith, Donald L. (1995-03-22). Thin-Film Deposition: Principles and Practice (in English). McGraw Hill Professional. ISBN 978-0-07-058502-7.</ref>

ये तनाव तन्य या संपीड़ित हो सकते हैं और तनाव के अन्य रूपों के बीच क्रैकिंग या बकलिंग का कारण बन सकते हैं।एपिटैक्सियल फिल्मों में, शुरू में जमा की गई परमाणु परतों में सब्सट्रेट के साथ सुसंगत जाली विमान हो सकते हैं।हालांकि, पिछले एक महत्वपूर्ण मोटाई मिसफिट अव्यवस्थाएं फिल्म में तनावों में छूट के लिए अग्रणी होगी।

माप और तनाव को मापना

फ्लैट सब्सट्रेट पर जमा फिल्मों में तनाव जैसे कि वेफर्स को फिल्म द्वारा तनाव के कारण वेफर की वक्रता को मापकर मापा जा सकता है।लेज़रों को ग्रिड पैटर्न में वेफर से परिलक्षित किया जाता है और वक्रता की गणना के लिए ग्रिड में विकृतियों का उपयोग किया जाता है।पतली फिल्मों में तनाव को एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा भी मापा जा सकता है। एक्स-रे विवर्तन या फिल्म के एक खंड को केंद्रित आयन बीम के माध्यम से और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के माध्यम से देखे गए विश्राम द्वारा।

स्ट्रेन इंजीनियरिंग

फिल्मों में तनाव और तनाव में छूट फिल्म के सामग्री गुणों को प्रभावित कर सकती है, जैसे कि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर परिवहन।इसलिए सावधानियों को या तो कम करने या इस तरह के तनावों का उत्पादन करने के लिए लिया जाता है;उदाहरण के लिए सब्सट्रेट और फिल्म के बीच एक बफर परत जमा की जा सकती है।स्ट्रेन इंजीनियरिंग का उपयोग पतली फिल्मों में विभिन्न चरण और डोमेन संरचनाओं का उत्पादन करने के लिए भी किया जाता है जैसे कि फेरोइलेक्ट्रिक लीड जिरकोनेट टाइटानेट (PZT) की डोमेन संरचना में।

अनुप्रयोग

सजावटी कोटिंग्स

सजावटी कोटिंग्स के लिए पतली फिल्मों का उपयोग संभवतः उनके सबसे पुराने आवेदन का प्रतिनिधित्व करता है।इसमें सीए शामिल है।100 & nbsp; एनएम पतली सोने की पत्तियां जो पहले से ही प्राचीन भारत में 5000 साल से अधिक समय पहले इस्तेमाल की गई थीं।इसे पेंटिंग के किसी भी रूप के रूप में भी समझा जा सकता है, हालांकि इस तरह के काम को आमतौर पर इंजीनियरिंग या वैज्ञानिक अनुशासन के बजाय एक कला शिल्प माना जाता है।आज, टाइटेनियम डाइऑक्साइड जैसे चर मोटाई और उच्च अपवर्तक सूचकांक की पतली-फिल्म सामग्री अक्सर उदाहरण के लिए ग्लास पर सजावटी कोटिंग्स के लिए लागू की जाती है, जिससे पानी पर तेल की तरह एक इंद्रधनुष-रंग उपस्थिति होती है।इसके अलावा, इंट्रान्सपेरेंट सोने के रंग की सतहों को या तो सोने या टाइटेनियम नाइट्राइड के स्पटरिंग द्वारा तैयार किया जा सकता है।

ऑप्टिकल कोटिंग्स

Further information: Optical coating and Thin film optics

ये परतें चिंतनशील और अपवर्तक दोनों प्रणालियों में काम करती हैं।19 वीं शताब्दी के दौरान बड़े क्षेत्र (चिंतनशील) दर्पण उपलब्ध हो गए और कांच पर धातु चांदी या एल्यूमीनियम के स्पटरिंग द्वारा उत्पादित किए गए।कैमरों और माइक्रोस्कोप जैसे ऑप्टिकल उपकरणों के लिए अपवर्तक लेंस आमतौर पर विपथन प्रदर्शित करते हैं, अर्थात् गैर-आदर्श अपवर्तक व्यवहार।जबकि लेंस के बड़े सेटों को पहले ऑप्टिकल पथ के साथ पंक्तिबद्ध किया जाना था, आजकल, टाइटेनियम डाइऑक्साइड, सिलिकॉन नाइट्राइड या सिलिकॉन ऑक्साइड आदि के पारदर्शी बहुपरत के साथ ऑप्टिकल लेंस की कोटिंग सही हो सकती है ये विपथन।पतली-फिल्म प्रौद्योगिकी द्वारा ऑप्टिकल सिस्टम में प्रगति के लिए एक प्रसिद्ध उदाहरण स्मार्ट फोन कैमरों में केवल कुछ मिमी चौड़े लेंस द्वारा दर्शाया गया है।अन्य उदाहरण चश्मा या सौर पैनलों पर एंटी-रिफ्लेक्शन कोटिंग्स द्वारा दिए गए हैं।

सुरक्षात्मक कोटिंग्स

पतली फिल्मों को अक्सर बाहरी प्रभावों से एक अंतर्निहित काम के टुकड़े की रक्षा के लिए जमा किया जाता है।माध्यम से काम के टुकड़े या इसके विपरीत प्रसार को कम करने के लिए बाहरी माध्यम के साथ संपर्क को कम करके सुरक्षा संचालित हो सकती है।उदाहरण के लिए, प्लास्टिक नींबू पानी की बोतलों को अक्सर सीओ के आउट-डिफ्यूजन से बचने के लिए एंटी-डिफ्यूजन परतों द्वारा लेपित किया जाता है₂, जिसमें कार्बोनिक एसिड उच्च दबाव में पेय में पेश किया गया था।एक अन्य उदाहरण माइक्रोइलेक्ट्रोनिक चिप्स में पतली टिन फिल्मों द्वारा दर्शाया गया है, जो कि एम्बेडिंग इन्सुलेटर से एल्यूमीनियम लाइनों का संचालन करने वाले विद्युत रूप से अलग हो रहे हैं₂ अल के गठन को दबाने के लिए₂O₃।अक्सर, पतली फिल्में यंत्रवत् रूप से चलती भागों के बीच घर्षण के खिलाफ सुरक्षा के रूप में काम करती हैं।बाद के अनुप्रयोग के उदाहरण हीरे की तरह कार्बन (डीएलसी) परतें हैं जिनका उपयोग कार इंजन या नैनोकम्पोजिट्स से बने पतली फिल्मों में किया जाता है।

विद्युत ऑपरेटिंग कोटिंग्स

बाद में एक एकीकृत सर्किट की संरचित धातु परत

तांबे, एल्यूमीनियम, सोना या चांदी आदि जैसे मौलिक धातुओं से पतली परतें और मिश्र धातुओं ने विद्युत उपकरणों में कई अनुप्रयोग पाए हैं।उनकी उच्च विद्युत चालकता के कारण वे विद्युत धाराओं या आपूर्ति वोल्टेज को परिवहन करने में सक्षम हैं।पतली धातु की परतें पारंपरिक विद्युत प्रणाली में सेवा करती हैं, उदाहरण के लिए, मुद्रित सर्किट बोर्डों पर Cu परतों के रूप में, समाक्षीय केबलों में बाहरी जमीन कंडक्टर और सेंसर जैसे विभिन्न अन्य रूपों आदि के रूप में। एप्लिकेशन का एक प्रमुख क्षेत्र एकीकृत निष्क्रिय उपकरणों और एकीकृत सर्किट में उनका उपयोग बन गया, जहां ट्रांजिस्टर और कैपेसिटर आदि जैसे सक्रिय और निष्क्रिय उपकरणों के बीच विद्युत नेटवर्क को पतली अल या क्यू परतों से बनाया गया है।ये परतें कुछ 100 & nbsp की सीमा में मोटाई का निपटान करती हैं; कुछ माइक्रोन तक, और वे अक्सर कुछ एनएम पतली टाइटेनियम नाइट्राइड परतों में एम्बेडेड होते हैं ताकि सियो जैसे आसपास के ढांकता हुआ के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया को अवरुद्ध किया जा सके।₂।यह आंकड़ा एक माइक्रोइलेक्ट्रोनिक चिप में बाद में संरचित टिन/अल/टिन धातु स्टैक का एक माइक्रोग्राफ दिखाता है। गैलियम नाइट्राइड और इसी तरह के अर्धचालक के हेट्रोस्ट्रक्चर इलेक्ट्रॉनों को एक उप-नैनोमेट्रिक परत के लिए बाध्य कर सकते हैं, प्रभावी रूप से दो-आयामी इलेक्ट्रॉन गैस के रूप में व्यवहार कर सकते हैं।इस तरह की पतली फिल्मों में क्वांटम प्रभाव एक बल्क क्रिस्टल की तुलना में इलेक्ट्रॉन गतिशीलता को काफी बढ़ा सकता है, जो उच्च-इलेक्ट्रॉन-मोबिलिटी ट्रांजिस्टर में नियोजित है। उच्च-इलेक्ट्रॉन-मोबिलिटी ट्रांजिस्टर।

बायोसेंसर और प्लास्मोनिक डिवाइस

नोबल मेटल थिन फिल्मों का उपयोग प्लास्मोनिक संरचनाओं जैसे सतह प्लास्मोन रेजोनेंस (एसपीआर) सेंसर में किया जाता है।भूतल प्लास्मोन पोलरिटन ऑप्टिकल शासन में सतह की तरंगें हैं जो धातु-ढांकता हुआ इंटरफेस के बीच में फैलती हैं;SPR सेंसर के लिए Kretschmann-raether कॉन्फ़िगरेशन में, एक प्रिज्म को वाष्पीकरण के माध्यम से एक धातु फिल्म के साथ लेपित किया जाता है।धातु की फिल्मों की खराब चिपकने वाली विशेषताओं के कारण, जर्मेनियम, टाइटेनियम या क्रोमियम फिल्मों का उपयोग मजबूत आसंजन को बढ़ावा देने के लिए मध्यवर्ती परतों के रूप में किया जाता है। मेटालिक थिन फिल्मों का उपयोग प्लास्मोनिक वेवगाइड डिजाइनों में भी किया जाता है।

पतली-फिल्म फोटोवोल्टिक कोशिकाएं

Further information: Thin film solar cell

पतली-फिल्म प्रौद्योगिकियों को भी सौर कोशिकाओं की लागत को कम करने के साधन के रूप में विकसित किया जा रहा है।इसके लिए औचित्य पतली-फिल्म सौर कोशिकाएं हैं जो उनकी कम सामग्री लागत, ऊर्जा लागत, लागत और पूंजीगत लागतों को संभालने के कारण निर्माण के लिए सस्ती हैं।यह विशेष रूप से मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स (रोल-टू-रोल) प्रक्रियाओं के उपयोग में दर्शाया गया है।अन्य पतली-फिल्म प्रौद्योगिकियां, जो अभी भी चल रहे अनुसंधान के प्रारंभिक चरण में हैं या सीमित वाणिज्यिक उपलब्धता के साथ हैं, अक्सर उभरती हुई या तीसरी पीढ़ी के फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के रूप में वर्गीकृत किए जाते हैं और शामिल हैं, कार्बनिक, डाई-संवेदी सौर सेल | डाई-संवेदी, और बहुलक सौरकोशिकाएं, साथ ही क्वांटम डॉट, कॉपर जस्ता टिन सल्फाइड, नैनोक्रिस्टल और पेरोव्साइट सौर कोशिकाओं।

पतली-फिल्म बैटरी

पतली-फिल्म प्रिंटिंग तकनीक का उपयोग विशेष अनुप्रयोगों के लिए अद्वितीय बैटरी बनाने के लिए विभिन्न प्रकार के सब्सट्रेट पर ठोस-राज्य लिथियम पॉलिमर को लागू करने के लिए किया जा रहा है।पतली-फिल्म बैटरी | पतली-फिल्म बैटरी को सीधे किसी भी आकार या आकार में चिप्स या चिप पैकेज पर जमा किया जा सकता है।लचीली बैटरी प्लास्टिक, पतली धातु पन्नी या कागज पर मुद्रण करके बनाई जा सकती है।

पतली-फिल्म थोक ध्वनिक तरंग प्रतिध्वनि (TFBARS/FBARS)

पीज़ोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल पतली-फिल्म थोक ध्वनिक गुंजयमानों TFBARS/FBARs के प्रतिध्वनि आवृत्ति के लघु और अधिक सटीक नियंत्रण के लिए ऑसिलेटर, दूरसंचार फिल्टर और डुप्लेक्सर्स, और सेंसर अनुप्रयोगों के लिए विकसित किए गए हैं।

यह भी देखें

• परत
• दोहरे ध्रुवीकरण इंटरफेरोमेट्री
• एलिप्सोमेट्री
• हाइड्रोजेनोग्राफी
• केल्विन जांच बल माइक्रोस्कोप
• लैंगमुइर -ब्लोडगेट फिल्म
• परत दर परत
• Microfabrication
• ऑर्गेनिक एलईडी
• SARFUS
• पतली-फिल्म हस्तक्षेप
• पतली-फिल्म प्रकाशिकी
• पतली-फिल्म सौर सेल
• पतली-फिल्म थोक ध्वनिक गुंजयमानकर्ता

अग्रिम पठन

Textbooks

• Birkholz, Mario; Fewster, Paul F.; Genzel, Christoph (2005-12-23). Thin Film Analysis by X-Ray Scattering. Wiley-VCH. ISBN 978-3527310524.
• Ohring, Milton (2001-10-26). Materials Science of Thin Films, Second Edition. Academic Press. ISBN 978-1493301720.
• Seshan, Krishna (2017-07-11). Handbook of Thin Film Deposition 3rd Edition. William Andrew Publishing. ISBN 978-1437778731.

Historical

• Mattox, Donald M (2004-01-14). The Foundations of Vacuum Coating Technology. William Andrew Publishing. ISBN 978-0815514954.

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