Металеві тонкі плівки

МЕТАЛЕ́ВІ ТОНКІ́ ПЛІ́ВКИ — тонкі шари металів товщиною в діапазоні від часток нанометра (моноатомного шару) до декількох мікрометрів, що використовують як захисні, зміцнюючі, електро­провід­ні, світловід­бивні покри­т­тя в обчислювальній техніці, хемотроніці, мікро-, опто- й акусто­електроніці, НВЧ-техніці, оптиці, ядер. техніці тощо. М. т. п. за­стосовують як декор. покри­т­тя, зокрема й на пластиках і тканинах; з біо­мед. метою; для створе­н­ня реєстрац. апаратури з істотно покращеними параметрами (супер­провід­ні плівки для вимірюва­н­ня гранично малих електр., магніт., тепл. полів). Процес отрима­н­ня М. т. п. є досить складним і залежить від багатьох факторів. Існують 3 осн. методи нанесе­н­ня М. т. п. на під­кладку чи одна на одну: вакуумне термічне напиле­н­ня (вакуумне термічне випаровува­н­ня); іонно-плазм. напиле­н­ня; електрохім. осадже­н­ня. При вакуум. терміч. напилен­ні використовують 2 фіз. процеси: випаровува­н­ня на­грітого вихід. матеріалу та конденсува­н­ня його на під­кладці. До пере­ваг методу належать високий ступінь чистоти й однорідності отриманого плівк. покри­т­тя, висока продуктивність процесу; осн. недоліки: низька адгезійна міцність матеріалу покри­т­тя з під­кладкою, низький коефіцієнт викори­ста­н­ня матеріалу, що випаровується, складність отрима­н­ня однорід. за товщиною покри­т­тя на деталях склад. форми. В основу методів іонно-плазм. напиле­н­ня (катодне, магнетрон­не, високочастотне роз­пиле­н­ня та ін.) покладено ефект руйнува­н­ня катода в результаті бомбардува­н­ня його іонізов. молекулами роз­рідженого газу. Потік роз­порошених частинок осідає на під­кладку, формуючи плівк. покри­т­тя. Процес утворе­н­ня та зро­ста­н­ня плівки су­проводжується бомбардува­н­ням під­кладки атомами й іонами інерт. газу, а також електронами та фотонами, тобто стимулюється плазм. роз­рядом. При цьому досягають знач. поліпше­н­ня адгезії покри­т­тя з матеріалом під­кладки, а також можливості отрима­н­ня багатокомпонент. покри­т­тя і більш рівномір. товщини шару на великій площі. Метод електрохім. осадже­н­ня металу — це процес осадже­н­ня металу з електроліту, що містить солі цього металу, а також додатк. домішки для поліпше­н­ня якості покри­т­тя. Метод до­зволяє наносити один шар або комбінацію з декількох шарів. Знач. недоліком процесу пром. електрохім. осадже­н­ня є за­стосува­н­ня агресив. електролітів, велика тривалість процесу електролізу, низький вихід по струму при одночасно високій напрузі.

Товщину М. т. п. ви­значають методами, що базуються на вимірюван­ні інтенсивності від­битого світла, напр., за допомогою еліпсометрії; використовують також електр. методи, що ґрунтуються на ви­значен­ні ємкості та провід­ності тонких плівок. Для ви­вче­н­ня структури та фазового стану за­стосовують просвічуючу та растр. електрон­ну мікро­скопію, атомну силову мікро­скопію, рентґенів. спектро­скопію та ін. методи, роз­роблені для дослідж. поверхонь твердих тіл. Через істотні труднощі, що виникають при проведен­ні мех. ви­пробувань тонких плівок традиц. методами, одним з осн. методів ви­вче­н­ня їхніх мех. властивостей є вимірюва­н­ня мікротвердості. Зокрема, метод наноіндентува­н­ня, що завдяки високій чутливості реєстрації процесу пере­міще­н­ня індентора, до­зволяє проводити ви­пробува­н­ня при навантаже­н­нях від 0,001 Г, дає можливість одночасно ви­значати твердість та модуль Юнґа тонких обʼєктів. Варіюва­н­ня методів та умов осадже­н­ня до­зволяє формувати М. т. п. з різноманіт. структурою: аморф., мікро-, моно- та нанокри­сталічною. Наявна сут­тєва від­мін­ність структур. характеристик М. т. п. з одного й того ж матеріалу, але отриманих різними методами або на різних етапах тим самим методом, та їхня мала товщина порівняно з параметрами, що ви­значають ті чи ін. фіз. властивості (напр., довжина вільного пробігу електронів, довжина світл. хвилі тощо) призводять до істот. від­мін­ності фіз. властивостей М. т. п. від властивостей матеріалу в масив. стані. Водночас, хоча процес структуро­утворе­н­ня осадженого шару й залежить від без­лічі факторів, йому притаман­ні й заг. характерні особливості, об­умовлені осн. характеристиками за­стосованого методу осадже­н­ня: середовище, температура й матеріал під­кладки, тип і енергія частинок, що формують плівк. покри­т­тя, швидкість осадже­н­ня. Стимульоване широким практич. викори­ста­н­ням тонких плівок у сучас. промисловості по­глиблене ви­вче­н­ня теор. і приклад. основ технологій і механізмів формува­н­ня тонких плівок, впливу параметрів осадже­н­ня на їхню структуру та властивості, виділили в окремий напрям у фізиці конденсов. стану — фізика тонких плівок.

Завантажити статтю