Hvorfor brukes krom (Cr) som et adhesjonslag i tynnfilmavsetning?

Gull (Au) og kobber (Cu) filmer viser ofte dårlig vedheft når de avsettes direkte på glass, kvarts eller silisium. Et tynt krom (Cr) adhesjonslag blir derfor vanligvis avsatt først for å forbedre bindingen og beleggets pålitelighet.

Så hvorfor gjør et så tynt lag en slik forskjell?

Hvorfor har gull- og kobberfilmer en tendens til å flasse av?

Overflatene av glass, kvarts og silisium er kjemisk stabile, noe som gjør det vanskelig for mange metaller å danne sterke bindinger med disse underlagene. Når gull eller kobber avsettes direkte på disse materialene, er filmen ofte avhengig av svake fysiske interaksjoner ved grensesnittet i stedet for sterk kjemisk binding. Som et resultat kan belegget flasse, sprekke eller delaminere under termisk syklus, terninger, pakking eller andre etter-avsetningsprosesser.

Forskjellen kommer fra egenskapene til metallene i seg selv.

• Guller et svært inert edelmetall med svært lav affinitet for oksygen. I stedet for å binde seg til den oksid-rike overflaten av glass eller silisium, har gullatomer en tendens til å binde seg til hverandre. Dette begrenser adhesjonen mellom den avsatte filmen og underlaget.
• Kopper er mer kjemisk aktiv enn gull, men den danner også relativt svak grensesnittbinding med glass eller silisiumoksid under typiske avsetningsforhold. Av denne grunn krever kobberfilmer ofte et adhesjonslag når de avsettes på oksid-baserte underlag.

Dette er grunnen til at krom er mye brukt som et vedheftslag. Plassert mellom underlaget og den funksjonelle metallfilmen, skaper den et mer stabilt grensesnitt og forbedrer beleggets vedheft betydelig.

Hvordan forbedrer krom vedheft?

Krom beskrives ofte som et adhesjonslag, men det fungerer ikke som et konvensjonelt lim. I stedet skaper det et mer stabilt grensesnitt mellom underlaget og den funksjonelle metallfilmen, slik at belegget binder seg sikrere.

• Binding til underlaget

Krom er kjemisk mer reaktivt enn metaller som gull eller kobber. Under avsetning interagerer det lett med oksygen på overflaten av glass, silisiumoksid og mange keramiske substrater, og danner et tynt kromoksid (Cr₂O₃) grensesnittlag. Dette laget styrker bindingen mellom belegget og underlaget, og gir et stabilt grunnlag for lagene som er avsatt ovenfor.

• Binding til funksjonelle metaller

I tillegg til å binde seg godt til underlaget, danner krom også et stabilt grensesnitt med metaller som gull, kobber og nikkel. Som et resultat består en typisk tynn-filmstruktur av tre lag:

Substrat → Kromvedheftslag → Funksjonell metallfilm

Kromlaget fungerer som et overgangslag mellom substratet og det funksjonelle belegget, og forbedrer den generelle adhesjonen til filmsystemet.

• Tynn, men effektiv

Et krom-adhesjonslag er vanligvis bare5–20 nmtykk. Til tross for dens lille tykkelse, kan den forbedre beleggets vedheft betydelig uten å påvirke metallfilmens elektriske ledningsevne, optiske egenskaper eller andre funksjonelle egenskaper merkbart. Dette er en av grunnene til at krom fortsatt er et av de mest brukte adhesjons-lagsmaterialene i tynn-filmavsetning.

Hvor brukes krom som et adhesjonslag?

På grunn av sin evne til å forbedre grenseflatebinding, er krom mye brukt i tynn-filmavsetning i en rekke bransjer. Typiske bruksområder inkluderer:

• Gullfilmer på glassunderlag
• Kobber kobles sammen på silisiumskiver
• Optiske belegg og reflekterende filmer
• MEMS-enheter
• Halvledermetallisering
• Sensorelektroder
• OLED og skjermteknologier

I de fleste tynne-filmapplikasjoner fungerer krom som et underlag i stedet for det endelige funksjonelle belegget.

Hvordan brukes krom i vakuumavsetning?

Ved termisk fordampning og elektronstrålefordampning tilføres krom vanligvis som kildemateriale for tynn-filmavsetning. Avhengig av fordampningssystemet og prosesskravene, er det tilgjengelig i flere former, inkludert pellets, stykker og stenger.Krompelletser mye brukt i laboratorie- og industribeleggsystemer fordi de er enkle å laste og gir stabil fordampning.

For magnetronsputtering og andre PVD-prosesser leveres krom somKrom-sputteringsmål. Valget av krommateriale avhenger av deponeringsprosessen og utstyret.

Konklusjon

Selv om det bare er noen få nanometer tykt, spiller et krom-adhesjonslag en nøkkelrolle for å forbedre beleggets pålitelighet. Enten for halvlederproduksjon, optiske belegg eller forskningsapplikasjoner, er valg av riktig krommateriale en viktig del av å oppnå pålitelig tynnfilmytelse.