Zakaj se krom (Cr) uporablja kot adhezijska plast pri nanašanju tankega filma?

Zlati (Au) in bakreni (Cu) filmi imajo pogosto slabo oprijemljivost, če jih nanesemo neposredno na steklo, kremen ali silicij. Zato se običajno najprej nanese tanka adhezijska plast kroma (Cr), da se izboljša vezava in zanesljivost premaza.

Zakaj torej tako tanek sloj naredi tako razliko?

Zakaj se zlati in bakreni filmi radi odlepijo?

Površine stekla, kremena in silicija so kemično stabilne, zaradi česar številne kovine težko tvorijo močne vezi s temi substrati. Ko se zlato ali baker nanese neposredno na te materiale, je film pogosto odvisen predvsem od šibkih fizičnih interakcij na vmesniku in ne od močne kemične vezi. Posledično se lahko prevleka lušči, razpoka ali razsloji med termičnim kroženjem, rezanjem na kocke, pakiranjem ali drugimi naknadnimi-postopki nanašanja.

Razlika izhaja iz lastnosti samih kovin.

• zlatoje zelo inertna plemenita kovina z zelo nizko afiniteto do kisika. Namesto da bi se povezali z -oksidi bogato površino stekla ali silicija, se atomi zlata vežejo drug na drugega. To omejuje oprijem med nanešenim filmom in podlago.
• Baker je bolj kemično aktiven kot zlato, vendar tvori tudi razmeroma šibko medfazno vez s steklom ali silicijevim oksidom pri tipičnih pogojih nanašanja. Zaradi tega bakreni filmi pogosto potrebujejo adhezijski sloj, ko so naneseni na substrate na osnovi oksidov.

Zato se krom pogosto uporablja kot lepilni sloj. Postavljen med substrat in funkcionalno kovinsko folijo, ustvarja bolj stabilen vmesnik in znatno izboljša oprijem premaza.

Kako krom izboljša oprijem?

Krom je pogosto opisan kot lepilni sloj, vendar ne deluje kot običajno lepilo. Namesto tega ustvari bolj stabilen vmesnik med substratom in funkcionalnim kovinskim filmom, kar omogoča, da se premaz varneje veže.

• Lepljenje na podlago

Krom je kemično bolj reaktiven kot kovine, kot sta zlato ali baker. Med nanašanjem zlahka sodeluje s kisikom na površini stekla, silicijevega oksida in številnih keramičnih substratov, pri čemer tvori tanko vmesno plast kromovega oksida (Cr₂O3). Ta plast krepi vez med prevleko in podlago ter zagotavlja stabilno podlago za zgornje nanesene plasti.

• Lepljenje na funkcionalne kovine

Poleg tega, da se krom dobro veže na podlago, tvori tudi stabilno vmesnik s kovinami, kot so zlato, baker in nikelj. Posledično je tipična tanko{1}}struktura sestavljena iz treh plasti:

Substrat → Kromov adhezijski sloj → Funkcionalni kovinski film

Plast kroma služi kot prehodna plast med substratom in funkcionalnim premazom, kar izboljša splošno oprijem filmskega sistema.

• Tanek, a učinkovit

Običajno je le kromirana adhezijska plast5–20 nmdebela. Kljub majhni debelini lahko bistveno izboljša oprijem premaza, ne da bi opazno vplival na električno prevodnost, optične lastnosti ali druge funkcionalne lastnosti kovinskega filma. To je eden od razlogov, zakaj krom ostaja eden najpogosteje uporabljenih adhezijskih-materialov za tanko{3}}nanašanje plasti.

Kje se krom uporablja kot adhezijska plast?

Zaradi svoje zmožnosti izboljšanja medfaznega lepljenja se krom široko uporablja pri nanašanju tank{0}}plastov v različnih panogah. Tipične aplikacije vključujejo:

• Zlati filmi na steklenih podlagah
• Bakrene povezave na silicijevih rezinah
• Optični premazi in odsevni filmi
• naprave MEMS
• Metalizacija polprevodnikov
• Senzorske elektrode
• OLED in zaslonske tehnologije

Pri večini aplikacij s tanko{0}}plastjo krom deluje kot spodnja plast in ne končna funkcionalna prevleka.

Kako se krom uporablja pri vakuumskem nanašanju?

Pri termičnem izhlapevanju in izhlapevanju z elektronskim žarkom se krom običajno uporablja kot izvorni material za tanko{0}}nanašanje. Odvisno od sistema izparevanja in zahtev postopka je na voljo v več oblikah, vključno s peleti, kosi in palicami.Kromov peletse pogosto uporabljajo v laboratorijskih in industrijskih premaznih sistemih, ker jih je enostavno naložiti in zagotavljajo stabilno izhlapevanje.

Za magnetronsko razprševanje in druge postopke PVD se krom dobavlja kotTarče za razprševanje kroma. Izbira kromovega materiala je odvisna od postopka nanašanja in opreme.

Zaključek

Čeprav je debela le nekaj nanometrov, ima kromova adhezijska plast ključno vlogo pri izboljšanju zanesljivosti premaza. Ne glede na to, ali gre za proizvodnjo polprevodnikov, optične prevleke ali raziskovalne aplikacije, je izbira ustreznega kromovega materiala pomemben del doseganja zanesljive učinkovitosti tank{1}}plastov.