Optisten ohutkalvolaitteiden valmistus tapahtuu tyhjiökammiossa, ja kalvokerroksen kasvu on mikroskooppinen prosessi. Tällä hetkellä makroskooppiset prosessit, joita voidaan kuitenkin suoraan hallita, ovat makroskooppisia tekijöitä, joilla on epäsuora yhteys kalvokerroksen laatuun. Pitkäaikaisen kokeellisen tutkimuksen avulla on kuitenkin löydetty säännöllinen suhde kalvon laadun ja näiden makrotekijöiden välillä, ja tästä on tullut prosessispesifikaatio, joka ohjaa kalvokuljetuslaitteiden valmistusta ja jolla on tärkeä rooli korkealaatuisten optisten ohutkalvolaitteiden valmistuksessa.
1. Tyhjiöpinnoituksen vaikutus
Tyhjiöasteen vaikutus kalvon ominaisuuksiin johtuu energiahäviöstä ja kemiallisesta reaktiosta, joka syntyy jäännöskaasun ja kalvon atomien ja molekyylien törmäyksessä kaasufaasissa. Jos tyhjiöaste on alhainen, kalvomateriaalin höyrymolekyylien ja jäljellä olevien kaasumolekyylien välisen fuusion todennäköisyys kasvaa ja höyrymolekyylien kineettinen energia pienenee huomattavasti, jolloin höyrymolekyylit eivät pääse substraattiin tai eivät pysty murtautumaan substraatin kaasuadsorptiokerroksen läpi tai ne tuskin pystyvät murtautumaan kaasuadsorptiokerroksen läpi, mutta adsorptioenergia substraattiin on hyvin pieni. Tämän seurauksena optisten ohutkalvolaitteiden avulla kerrostettu kalvo on löysä, kertymistiheys on alhainen, mekaaninen lujuus on huono, kemiallinen koostumus ei ole puhdas ja kalvokerroksen taitekerroin ja kovuus ovat huonot.
Yleisesti ottaen tyhjiön kasvaessa kalvon rakenne paranee, kemiallinen koostumus puhtautuu, mutta jännitys kasvaa. Mitä puhtaampi metallikalvo ja puolijohdekalvo ovat, sitä parempi, ja ne riippuvat tyhjiön asteesta, joka vaatii suurempaa suoraa onteloa. Tyhjiön asteen muuttamat kalvojen tärkeimmät ominaisuudet ovat taitekerroin, sironta, mekaaninen lujuus ja liukenemattomuus.
2. Laskeutumisnopeuden vaikutus
Laskeutumisnopeus on prosessiparametri, joka kuvaa kalvon laskeutumisnopeutta ilmaistuna pinnoitteen pinnalle muodostuneen kalvon paksuutena aikayksikössä, ja yksikkö on nm·s-1.
Laskeutumisnopeudella on selvä vaikutus kalvon taitekertoimeen, lujuuteen, mekaaniseen lujuuteen, tarttuvuuteen ja jännitykseen. Jos laskeutumisnopeus on alhainen, suurin osa höyrymolekyyleistä palaa takaisin alustasta, kideytimien muodostuminen on hidasta ja tiivistyminen onnistuu vain suurille aggregaateille, mikä tekee kalvon rakenteesta löysän. Laskeutumisnopeuden kasvaessa muodostuu hieno ja tiheä kalvo, valonsironta vähenee ja lujuus kasvaa. Siksi kalvon laskeutumisnopeuden oikea valinta on tärkeä asia haihdutusprosessissa, ja tarkka valinta tulisi tehdä kalvomateriaalin mukaan.
Laskeutumisnopeutta voidaan parantaa kahdella tavalla: (1) haihtumislähteen lämpötilan nostamisella (2) haihtumislähteen pinta-alan kasvattamisella.
Julkaisun aika: 29.3.2024