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                    薄膜沉積前等離子清洗提高薄膜附著(zhù)力

                    Jun. 13, 2024

                    薄膜沉積指的是于基底之上沉積特定材料,進(jìn)而形成薄膜,讓其具備光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等相關(guān)性能。依據沉積原理,可將薄膜沉積的方式劃分成物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積以及原子層沉積等方法。

                    影響薄膜附著(zhù)力的因素眾多。薄膜的沉積溫度會(huì )通過(guò)對界面形態(tài)的作用來(lái)影響其附著(zhù)力。在較低的沉積溫度情況下,缺少界面原子的擴散與化學(xué)鍵合,薄膜的附著(zhù)力主要源于機械嚙合和范德瓦爾斯引力,附著(zhù)力較小,剝離薄膜的功大概在 0.1eV/原子量級左右,而且附著(zhù)力會(huì )隨著(zhù)界面原子間距的增大而迅速下降;而在較高的沉積溫度時(shí),界面會(huì )出現明顯的擴散從而構成化學(xué)鍵合,界面附著(zhù)力會(huì )顯著(zhù)增大,能夠達到 1 至 10eV/原子量級。利用表面活化劑或清潔劑來(lái)活化襯底表面,以及采用一定能量的離子轟擊襯底,能夠降低表面污染,推動(dòng)表面原子的擴散,有益于形成有效的界面機械嚙合與化學(xué)鍵合,進(jìn)而提升界面附著(zhù)力。薄膜與襯底材料的性質(zhì)對附著(zhù)力也有著(zhù)重要影響。鍵合類(lèi)型差別較大、潤濕性較差的物質(zhì)之間難以形成較強的鍵合,附著(zhù)力很差,比如 Au 在 SiO2 襯底上的附著(zhù)力就比較差;當具有相同或相近化學(xué)鍵合類(lèi)型,或者鍵合類(lèi)型雖有差異但相互間的化學(xué)親和力較高時(shí),都能有效地降低薄膜與襯底間的界面能,提高薄膜的附著(zhù)力,例如 Au 和 Cu 之間、Cu 和 Zn 之間可形成良好的附著(zhù),但較厚且較脆的界面化合物也會(huì )致使界面附著(zhù)性能惡化。

                    膜層與基體緊密結合存在兩個(gè)基本條件。其一,膜層與基體間的間隙要盡可能地小。其二,膜層與基體間要有盡可能多的接觸面,而增大接觸面積,提高表面粗糙度是一種極為有效的手段。而要讓基材達成以上目的,就必須對基材實(shí)施必要的表面預處理,表面預處理的方法有很多種,但這些方法都必須達成以下兩個(gè)目標:首先,盡可能完全地清除基材表面的雜質(zhì),盡可能徹底地將基體的新鮮表面暴露出來(lái);其次,使表面形成一定程度的粗糙度,擴大基材表面的實(shí)際表面積,增強基材表面單位面積上膜層的結合力。

                    以下是一些可以提高薄膜附著(zhù)力的方法:

                    控制沉積溫度:適當提高沉積溫度,促進(jìn)界面的擴散和化學(xué)鍵合形成,從而增強附著(zhù)力。

                    表面預處理:對基材進(jìn)行必要的清洗、活化等預處理,去除雜質(zhì),增加粗糙度,暴露新鮮表面。

                    利用離子轟擊:如采用等離子清洗,激活基材表面原子,提供能量條件,減少表面污染,形成粗糙表面以利于結合。

                    選擇合適的材料組合:確保薄膜與襯底材料在鍵合類(lèi)型、化學(xué)親和力等方面相匹配,以提高附著(zhù)力。

                    優(yōu)化工藝參數:仔細調整沉積過(guò)程中的各項參數,使其達到有利于附著(zhù)力提升的狀態(tài)。

                    添加中間層或涂層:某些情況下,在薄膜和基材之間添加合適的中間層或涂層可以改善附著(zhù)力。

                    薄膜沉積前等離子清洗的目的:

                    等離子清洗指的是通過(guò)高能粒子對基材進(jìn)行轟擊,去除基材表面的油脂、氧化物以及氣體等污染物的過(guò)程。其目的是為膜層和基體之間良好的結合提供環(huán)境條件,離子轟擊對基材表面原子具有激活作用,從而為膜層原子與基材的鍵合提供一定的能量條件。

                    薄膜沉積前進(jìn)行等離子清洗能夠清除或減少基材表面污染以及氧化物等不利于膜層結合強度的因素,還能夠形成微觀(guān)粗糙表面,使膜層和基體的結合面積增大,有助于結合強度的提高。

                    薄膜沉積等離子清洗的優(yōu)勢:

                    等離子清洗具有如下優(yōu)點(diǎn):其一,工件在經(jīng)過(guò)等離子清洗后會(huì )很干燥,可直接送入沉積設備進(jìn)行下一次沉積;其二,該方法是一種環(huán)保的綠色清洗方式,清洗后不會(huì )產(chǎn)生有害污染物;其三,等離子體可深入物體的微細孔眼和凹陷內部進(jìn)行深度清洗,有利于下一次沉積;其四,清洗效率高,整個(gè)清洗工藝流程可在幾分鐘內完成;其五,可處理各種不同的基材,無(wú)論是金屬、半導體、氧化物還是高分子材料,都能用等離子體進(jìn)行處理,該方法非常適合在柔性沉積制造中運用;其六,在完成清洗的同時(shí),能夠改變材料的表面性能,如增強表面的潤濕能力、改善膜的附著(zhù)力等,有益于下一次沉積時(shí)層與層之間的結合。

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