ohutkalvotekniikat

Ohutkalvotekniikat ovat menetelmiä, joilla voidaan luoda ohuita kalvoja erilaisten pintojen pinnalle. Kalvojen paksuus on tyypillisesti nanometreistä useisiin mikrometreihin, ja ne voivat koostua erilaisista aineista sekä olla metallisia, dielektrisiä tai puolijohteita.

Keskeiset periaatteet jaetaan kahteen pääryhmään: PVD ja CVD. Physical Vapor Deposition (PVD) kattaa menetelmät, joissa aine siirtyy kalvolle fyysisesti, esimerkiksi haihduttamalla tai ionisoimalla materiaalia ja siirtämällä sen pohjalle. Magnetron-sputtering ja haihdutukseen perustuvat tekniikat ovat tyypillisiä esimerkkejä. Chemical Vapor Deposition (CVD) puolestaan käyttää haiaita yhdisteitä, jotka reagoivat pinnalla muodostaen halutun kalvon.

Atomic Layer Deposition (ALD) kuuluu kehittyneempiin CVD-tekniikoihin, jossa kalvo kasvaa yksittäisten atomikerrosten välein, mikä mahdollistaa erinomaisen pinnoituksen konformaalisuuden erityisesti kolmiulotteisissa rakenteissa.

Kalvopinnoitteiden materiaalit ovat laajat: metalleja kuten kupari tai platina; oksideja kuten SiO2, Al2O3; nitridejä kuten TiN; sekä orgaanisia tai hybridimateriaaleja. Alusta voi olla keraaminen kuten pi, lasi, tai muovi tai metallinen tuki.

Sovelluskohteita ovat mikrosirut ja diodit, optiset ja fotoniikkapinnoitteet, suoja- ja kovapinnotteet sekä energian varastoinnin ja keräyksen kaltaiset ratkaisut, kuten aurinkopaneelit ja anturikalvot. Ohuet kalvot mahdollistavat tarkat paksuuden hallinnan, pinnoitteiden monipuolisen koostumuksen sekä ominaisuuksien muokkauksen.

Laadunvalvonta sisältää paksuuden mittauksen ellipsometrialla tai profilometrialla, sekä koostumuksen ja rakenteen analyysin esimerkiksi XPS:llä, EDS:llä sekä X-ray reflectivityn avulla.

Historiallisesti ohutkalvotekniikat kehittyivät 1950-luvulla ja 1960-luvulla elektroniikan ja valmistuksen edetessä. ALD kehitettiin 1980–1990-luvuilla tarjoten ainutlaatuisen konformaalisen pinnoituskyvyn.