Menu

Depuneri de filme subțiri prin ablație laser pulsată

Cercetător: Daniel Marconi

Cuvinte cheie: depunere fizică din vapori, ablaţie laser pulsată, filme subţiri, materiale termoelectrice

Descriere

Filmele subțiri sunt structuri care au una dintre dimensiuni mult mai mică decât celelalte două (10 nm ÷100 nm). Ele sunt intens folosite datorită proprietăților pe care le conferă nanostructurarea: transport de sarcină îmbunătățit, duritate crescută și, în cazul filmelor subțiri semiconductoare, amplificarea mișcării purtătorilor de sarcină în planul filmului subțire comparativ cu planul perpendicular pe film.

Depunerea filmelor subţiri prin ablaţie laser pulsată (Pulsed Laser Deposition PLD) este o tehnică fizică de depunere a straturilor subțiri care utilizează un fascicul laser pulsat de mare putere. Acesta lovește o țintă din materialul ce urmează să fie depus, îl vaporizează și îl deplasează de la țintă (într-un con de plasmă) pe un substrat (cum ar fi o plachetă de siliciu orientată spre țintă) pe care ulterior se depune ca o peliculă subțire. Acest proces poate avea loc în vid înaintat (10-9 mbar) sau în prezența unui gaz, cum ar fi oxigenul care este utilizat în mod obișnuit la depunerea oxizilor.

Prelucrarea materialelor sub formă de filme subțiri permite o integrare ulterioară ușoară în diferite tipuri de dispozitive, iar acum le găsim ca fiind părți componente în tranzistori, condensatori, memorii nonvolatile, senzori, materiale termo-, fero- sau piezoelectrice sau materiale fotovoltaice.

Aplicații

Domenii de aplicabilitate: Filmele subțiri obținute prin PLD − metale, semiconductori, oxizi, materiale organice, polimeri, materiale hibride cu  componente organice şi anorganice − sunt utilizate în inginerie optică, optoelectronică, electronică, energie, aplicații magnetice, senzori sau biomedicină.

Sisteme: dispozitivele termoelectrice, celule solare, circuite electronice, senzori, tranzistoare, diode, acoperiri antireflex, acoperiri pentru protecție împotriva coroziunii.

Industrii: industria energetică, industria circuitelor electronice, industria sistemelor semiconductoare.

Infrastructură

Sistemul de depunere de filme subțiri prin ablație laser pulsată este localizat în camera curată ISO-8 de clasă 100000 din cadrul Centrului de Cercetare şi Tehnologii Avansate pentru Energii Alternative CETATEA, INCDTIM Cluj-Napoca. Sistemul include:

  1. cameră de depunere cilindrică de 16”
  2. cameră de introducere probe şi ţinte (load-lock)
  3. vid ridicat de până la 5 · 10-9 mbar realizat de un sistem de pompe de vid compus dintr-o pompă preliminară de 90 L/min şi o pompă turbomoleculară de 700 L/min
  4. monitorizarea ratei de depunere în timp real printr-un sistem RHEED (Refraction High Energy Electron Diffraction) pentru operare in situ
  5. carusel cu 5 porturi pentru ținte de 1” cu mișcări automate în toate cele trei direcții
  6. modul de încălzire pentru temperaturi ale substratului de până la 1000ºC și mișcări automate ale substratului în toate cele trei direcții
  7. laser Q-smart 850 mJ Nd:YAG, cu o lungime de undă în intervalul 670-2600 nm
  8. laser cu excimer KrF cu lungime de undă 248 nm și energie 400 mJ
  9. sistem de control al fluxului gazelor de proces, sistem de coacere (bake-out), electronică integrată și software pentru automatizarea proceselor de depunere

Avantaje

Versatilitatea tehnicii PLD oferă o gamă largă de avantaje, din care putem puncta câteva, și anume:

Flexibilitate ridicată în alegerea parametrilor de depunere

Control precis al ratei de creștere și a grosimii straturilor depuse

Depunerea, sub formă de film subțire, a orcărui tip de material inclusiv materiale aflate în stări metastabile, imposibil de depus prin alte tehnici

Fabricarea straturilor mixte, datorită sistemului multi-țintă încorporat

Stoechiometria materialului este păstrată în transferul dintre țintă înspre substrat

Depunerea are loc pe substraturi cu diametrul de până la 50 mm

Depunerea poate avea loc atât în vid înaintat, cât și în atmosferă reactivă de oxigen

Sursa de radiație este exterioară camerei de depunere

Costuri estimative

Prețul pentru depunerea straturilor subțiri prin ablație laser va conține prețul materialului din care se face depunerea și al substratului folosit, gazul de KrF folosit de laser, operațiunea de preparare a probelor, precum și timpul de utilizare al sistemului și manopera.