Тонкие плёнки

Тонкие плёнки (англ. thin films) — тонкие слои материала, толщина которых находится в диапазоне от долей нанометра (моноатомного слоя) до нескольких микрон.

Описание

Тонкие плёнки могут быть твёрдыми или жидкими (реже — газообразными). Состав, структура и свойства тонких плёнок могут отличаться от таковых для объемной фазы, из которой образовалась тонкая плёнка. К твёрдым тонким плёнкам относятся оксидные плёнки на поверхности металлов и искусственные плёночные покрытия, формируемые на различных материалах с целью создания приборов микроэлектроники, предотвращения коррозии, улучшения внешнего вида и т. п.

Жидкие тонкие плёнки разделяют газообразную дисперсную фазу в пенах и жидкие фазы в эмульсиях; образование устойчивых пен и эмульсий возможно только при наличии ПАВ в составе плёнок. Жидкие тонкие плёнки могут возникать самопроизвольно между зернами в поликристаллических твёрдых телах, если поверхностная энергия границы зерна превышает поверхностное натяжение на границе твёрдой и жидкой фаз более, чем вдвое (условие Гиббса–Смита). Газообразные тонкие плёнки с заметным временем жизни могут возникнуть между каплей и объемной жидкостью в условиях испарения.

Определение толщины тонких плёнок часто проводят методами, основанными на измерении интенсивности отражённого света, например, при помощи эллипсометрии; используют также электрические методы, основанные на определении ёмкости и проводимости тонких плёнок. Для изучения твердых тонких плёнок применяют электронную микроскопию, рентгеновскую спектроскопию и другие методы, разработанные для исследования поверхности твердых тел. Получение тонких плёнок и тонкопленочных покрытий лежит в основе ряда современных областей техники, прежде всего микроэлектроники.

Получение и свойства

Нанесение тонких плёнок на подложку может осуществляться различными методами, наиболее часто используемые методы:

• химическое и плазмохимическое осаждение из газовой фазы,
• процессы вакуумного напыления, в том числе
  • вакуумное термическое распыление
  • магнетронное распыление
  • вакуумно-дуговое нанесение
  • ионно-лучевое осаждение
  • электронно-лучевое осаждение

Объекты, имеющие столь малые размеры, в ряде случаев кардинально меняют свои свойства. Например, у столь малых объектов меняется температура плавления, степень переохлаждения и межплоскостное расстояние по сравнению с массивными объектами. Многие функциональные покрытия имеют ограничения по толщине, свыше которой теряют свои свойства либо разрушаются при нанесении.

Изменение свойств объясняется увеличением роли поверхности с уменьшением объекта, поскольку объём тела изменяется пропорционально кубу линейных размеров, а площадь поверхности — квадрату. Соответственно отношение S/V ведёт себя как 1/r. Благодаря этому силы поверхностного натяжения, которые в массивных образцах не играют существенной роли, в нанообъектах становятся существенными. А поскольку они действуют в приповерхностном слое, их действие можно уподобить приложению внешнего давления, которое, как известно, может изменить как температуру плавления, так и межплоскостные расстояния.

Применение

Основное применение находят твёрдые тонкие плёнки, наносимые на поверхность различных объектов.

С тонкими плёнками связаны такие отрасли промышленности, как:

• металлообработка — на современный инструмент наносят различные функциональные покрытия, обеспечивающие его износостойкость, требуемые трибологические и другие свойства
• нанесение декоративных и защитных покрытий
• техника высокого вакуума
• микротехнология и производство микроэлектронных устройств — основной метод получения функциональных слоёв
• оптика — получение просветляющих и отражающих покрытий

См. также

• Виртуальный институт по нанопленкам (VINF)
• Плёнки Ленгмюра — Блоджетт

Литература

• Тонкие плёнки // Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская энциклопедия. С. 607–608.
• Комник, Ю. Ф. Физика металлических пленок : Размерные и структурные эффекты. — М. : Атомиздат, 1979. — 363 с.
• Физика тонких плёнок / Хасс Г.. — М.: Мир, 1967-78.

• Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 328 с.

• Технология тонких пленок / Майссел Л., Глэнг Р.. — М.: Сов. радио,, 1977.

• Кравченко, А.Ф.; Митин, В.В.; Скок, Э.М. Явления переноса в полупроводниковых пленках. — Новосибирск: Наука, 1970. — 256 с.

• Берри, Р.; Холл, П.; Гаррис, М. Тонкопленочная технология. — М.: Энергия, 1972. — 336 с.

• Тонкие пленки: взаимная диффузия и реакции / Поут Дж.. — М.: Мир, 1982. — 576 с.

• Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров / Черняев В. Н.. — М.: Радио и связь, 1987. — 464 с. — ISBN нет, УДК 621.38 Ч-498.

• Хирс, Д.; Паунд, Г. Испарение и конденсация. — М.: Металлургия, 1966. — 196 с.

• Валиев К. А. Микроэлектроника: достижения и пути развития / Валиев К. А.. — М.: Наука, 1986. — 141 с.

• Чистяков Ю. Д., Райнова Ю. П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. — М.: Металлургия, 1979. — 408 с.

• Чистяков Ю. Д., Райнова Ю. П. Введение в процессы интегральных микро- и нанотехнологий в 2-х т. / Коркишко Ю. Н.. — М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2010 - 2014. — 392 с. — ISBN 978-5-9963-0341-0.