مفهوم لایه نشانی
لایه نشانی به معنی نشاندن لایهای نازک (Thin film) از ذرات بر روی اجسام مورد نظر در یک محیط دارای خلأ نسبی میباشد. این عمل به واسطهی پلاسمای ایجاد شده در این محیط صورت میگیرد (پلاسما گازی متشکل از یونها و الکترونهای آزاد است). عمل لایه نشانی به روشهای مختلفی قابل انجام است. در روش لایه نشانی بخار فیزیکی (یا PVD) مادهای که لایه نشانی میشود از یک جامد یا مایع به دست میآید. در روش لایه نشانیِ بخار شیمیایی (یا CVD) مادهای که لایه نشانی میشود از بخار مادهای پس از تجزیهی حرارتی آن روی یک سطح داغ به دست میآید. در برخی موارد، این بخار به واکنش با گاز محیط یا مواد دیگری که لایه نشانی میشوند واداشته میشود تا لایهی نازکی از موادی مثل اکسید، نیترید، کربید، یا کربونیتراید تشکیل شود.
در واقع پلاسمای محیط در روش لایه نشانیِ بخار شیمیایی نقشی اساسی در تجزیهی (پیش) ماده در فاز بخار دارد. اگر این عمل قرار بود صرفاً با حرارت صورت پذیرد نیاز به دمای فعال سازی بالاتری میبود.
در روش لایه نشانی بخار شیمیاییِ ارتقا یافته با پلاسما (یا روش PECVD)، در خلأی به همان میزان خلأ مورد استفاده در روش لایه نشانی بخار شیمیایی، بخار پیش ماده توسط پلاسما تجزیه میشود. از این روش گاهی برای رسوبگذاری آلیاژها، کامپوزیتها و ترکیبات استفاده میشود.
امروزه لایه های نازک بسیاری به طور گسترده نه تنها برای وسایل ارتباطی بلکه در ساخت سیستم های محیط زیست و انرژی مانند ساختمان های زیست محیطی نیز مورد استفاده قرار می گیرند. برای مثال در ساخت سلولهای خورشیدی ممکن است چندین مرحله لایه نشانی کندوپاش انجام پذیرد.
لایههای نازک رسانای الکتریسیته
فیلمهای فلزی، معروفترین لایههای نازک رسانا هستند. این لایههای نازک ممکن است به منظور پوشش و یا حتی به علاوه به منظور ایفای نقش خطوط ظریف رسانش الکتریکی در مدارهای الکتریکی ساخته شوند. درواقع کافی است که ماسکی بر روی مکانهایی از بستره، که لازم نیست لایه نشانی روی آنها صورت گیرد، کشیده شود و عملیات لایه نشانی انجام شود و سپس با فرایند فوتولیتوگرافی، ماسک از روی بستره زدوده گردد.
از این خطوط رسانا که نقش سیمها را در مدارها بازی میکنند در فناوری میکرومدارهای هیبریدی و ساخت ابزارهای نیمه رسانا استفاده میشود.
اغلب رساناهای الکتریکی که از این نوع میباشند، معمولاً چند لایهاند به گونهای که هر لایه وظیفهای را به عهده دارد. مثلاً در رسانای چند لایهای تیتانیم-پالادیوم-مس-طلا که بر روی شیشه نشانده شده است لایهی تیتانیوم لایهی چسبانندهی فیلم نازک به بستره است. پالادیوم در برابر خوردگی مقاومت ایجاد میکند. مس وظیفهی رسانایی خود را بر عهده دارد، و طلا نیز یک لایهی نهایی محافظ در برابر خوردگی و زنگ زدگی ایجاد مینماید.
گاهی در وسایلی که در آنها از نیمه رساناها استفاده شده است از رساناهای فلزی رسوب گذاری شده برای اتصال بین لایههای مختلف استفاده میشود. از پوششهای فلزی نازک همچنین به عنوان واسطهای الکترومغناطیسی (EMI) و رادیویی استفاده میگردد. پوستهی پوششی در برخی وسایل پلاستیکی مثلاً در تلفنهای همراه یا الکترودهای خازنی سخت یا انعطافپذیر یا حتی در سطح رادار، لایههای رسوب گذاری شدهی فلزی هستند.
لایههای نازک از جنس نیترید یا کربید یا سیلیکاتهای فلزی (البته به جز AlN و Si3N4 که استثناهای معروفی هستند) عموماً رسانای الکتریکی میباشند. در برخی کاربردها از لایههای نازک ساخته شده از چنین مواد مقاومی در نقش سدی در برابر پخش بین فلزات استفاده میشود. مثلاً در فلزکاری نیمه رساناها، الکترودهایی از جنس طلا یا آلومینیم در خلال فرایند دمای بالا به طور طبیعی در درون سیلیکون پخش میشوند. برای جلوگیری از پخش طلا یا آلومینیم به درون سیلیکون، قبل از اینکه الکترودها لایه نشانی شوند لایهای نازک و رسانا از جنس نیترید تیتانیوم بر روی سطح سیلیکون نشانده میشود.
ایجاد لایهای پایدار با رسانایی خوب برای اتصالات فلزی نیمه رساناها یا ترکیبات فلزی-سیلیکاتی از جنبههای مهم در تولید ابزارهای نیمه رساناست. از نیتریدهای فلزی مثل نیترید تانتالوم (TaN) به عنوان مادهای برای ساخت مقاومتهای لایه نازک استفاده میشود. اکسیدهای رسانای غیر شفافی مثل تری اکسید کروم (Cr2O3)، اکسید سرب (PbO) و روتنیوم اکسیژن (RuO) به صورت الکترود در محیطهای اکسیداسیون با دمای بالا کاربرد دارند. در ساخت ابررساناها نیز از لایههای نازک استفاده میشود. ابررساناها موادی هستند که وقتی دمای آنها از یک دمای بحرانی (TC) کمتر شود مقاومت الکتریکی آنها تقریباً صفر میشود. بعضی از ابررساناهای دما بالا (که در دماهای بیش از پنجاه درجهی کلوین خاصیت ابررسانایی پیدا میکنند) از لایههای نازکی از اکسیدهای مس-بیسموت و ایتیریوم تشکیل شدهاند که با استفاده از لیزر در خلأ ساخته میشوند.
