Varför används krom (Cr) som ett vidhäftningsskikt i tunnfilmsavsättning?

Guld (Au) och koppar (Cu) filmer visar ofta dålig vidhäftning när de avsätts direkt på glas, kvarts eller kisel. Ett tunt krom (Cr) vidhäftningsskikt avsätts därför vanligtvis först för att förbättra bindningen och beläggningens tillförlitlighet.

Så varför gör ett så tunt lager så stor skillnad?

Varför tenderar guld- och kopparfilmer att lossna?

Ytorna på glas, kvarts och kisel är kemiskt stabila, vilket gör det svårt för många metaller att bilda starka bindningar med dessa substrat. När guld eller koppar deponeras direkt på dessa material, bygger filmen ofta huvudsakligen på svaga fysiska interaktioner vid gränsytan snarare än stark kemisk bindning. Som ett resultat kan beläggningen flagna, spricka eller delamineras under termisk cykling, tärning, förpackning eller andra efter-avsättningsprocesser.

Skillnaden kommer från egenskaperna hos själva metallerna.

• Guldär en mycket inert ädelmetall med mycket låg affinitet för syre. Istället för att binda med den oxidrika ytan av glas eller kisel, tenderar guldatomer att binda till varandra. Detta begränsar vidhäftningen mellan den avsatta filmen och substratet.
• Koppar är mer kemiskt aktiv än guld, men den bildar också relativt svag gränsytebindning med glas eller kiseloxid under typiska avsättningsförhållanden. Av denna anledning kräver kopparfilmer ofta ett vidhäftningsskikt när de avsätts på oxid-baserade substrat.

Det är därför krom används i stor utsträckning som ett vidhäftningsskikt. Placerad mellan substratet och den funktionella metallfilmen skapar den ett mer stabilt gränssnitt och förbättrar beläggningens vidhäftning avsevärt.

Hur förbättrar krom vidhäftningen?

Krom beskrivs ofta som ett vidhäftningsskikt, men det fungerar inte som ett konventionellt lim. Istället skapar det ett mer stabilt gränssnitt mellan substratet och den funktionella metallfilmen, vilket gör att beläggningen binder sig säkrare.

• Bindning till underlaget

Krom är kemiskt mer reaktivt än metaller som guld eller koppar. Under avsättningen interagerar det lätt med syre på ytan av glas, kiseloxid och många keramiska substrat och bildar ett tunt kromoxid (Cr2O3) gränsytor. Detta skikt stärker bindningen mellan beläggningen och substratet, vilket ger en stabil grund för skikten som avsatts ovan.

• Limning till funktionella metaller

Förutom att binda väl till substratet, bildar krom också en stabil gränsyta med metaller som guld, koppar och nickel. Som ett resultat består en typisk tunn-filmstruktur av tre lager:

Substrat → Kromvidhäftningsskikt → Funktionell metallfilm

Kromskiktet fungerar som ett övergångsskikt mellan substratet och den funktionella beläggningen, vilket förbättrar filmsystemets övergripande vidhäftning.

• Tunn men effektiv

Ett kromvidhäftningsskikt är vanligtvis endast5–20 nmtjock. Trots sin ringa tjocklek kan den avsevärt förbättra beläggningens vidhäftning utan att märkbart påverka metallfilmens elektriska ledningsförmåga, optiska egenskaper eller andra funktionella egenskaper. Detta är en av anledningarna till att krom förblir ett av de mest använda vidhäftnings-materialen i tunn-filmavsättning.

Var används krom som ett vidhäftningsskikt?

På grund av dess förmåga att förbättra gränssnittsbindningen används krom i stor utsträckning i tunnfilmsavsättning i en mängd olika industrier. Typiska applikationer inkluderar:

• Guldfilmer på glasunderlag
• Koppar sammankopplar på kiselwafers
• Optiska beläggningar och reflekterande filmer
• MEMS-enheter
• Halvledarmetallisering
• Sensorelektroder
• OLED och displayteknik

I de flesta applikationer med tunn-film fungerar krom som ett underlag snarare än den slutliga funktionella beläggningen.

Hur används krom i vakuumavsättning?

Vid termisk förångning och elektronstråleavdunstning tillförs krom vanligtvis som källmaterial för tunnfilmsavsättning. Beroende på förångningssystemet och processkraven finns den tillgänglig i flera former, inklusive pellets, bitar och stavar.Krompelletsanvänds ofta i laboratorie- och industribeläggningssystem eftersom de är lätta att ladda och ger stabil avdunstning.

För magnetronförstoftning och andra PVD-processer levereras krom somKromförstoftningsmål. Valet av krommaterial beror på deponeringsprocessen och utrustningen.

Slutsats

Även om det bara är några nanometer tjockt, spelar ett kromvidhäftningsskikt en nyckelroll för att förbättra beläggningens tillförlitlighet. Oavsett om det gäller halvledartillverkning, optiska beläggningar eller forskningsapplikationer är valet av lämpligt krommaterial en viktig del för att uppnå tillförlitlig tunnfilmsprestanda.