Machine de pulvérisation pour dépôt de couches minces
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dépôts à couche mince sont utiles pour beaucoup de choses différentes. Ils sont nécessaires pour tout, depuis le miroir des ménages banal au environnements de laboratoire complexes qui utilisent des couches minces pour les structures de confinement quantique super. Les couches minces sont également utilisés pour la fabrication de produits électroniques pour des choses comme les transistors à couches minces, des résistances et des condensateurs.

Cet article est sujet à haute tension techniques de pulvérisation comme un moyen de parvenir à un revêtement en couche mince. Toutefois, il existe plusieurs autres méthodes de dépôt de couches minces tels que l'évaporation thermique, dépôt par laser pulsé et spin coating pour n'en nommer que quelques-uns. La méthode requise dépend de ce que vous essayez d'atteindre. Pulvérisation est une méthode souple, car il requiert une température basse de travail et les concepts ne sont pas trop difficile à comprendre. La mise en œuvre peut cependant être assez cher selon la façon dont vous obtenez vos documents.

J'ai d'abord commencé à chercher pulvérisation parce que je veux faire quelques verre électrochrome. J'espère qu'il y aura bientôt une page de projet sur la façon de le faire. Il ya plusieurs facteurs qui m'a fait différer de travail sur le verre électrochrome. Les exigences de coûts ont été spirale hors de contrôle que je suis plus dans le décompte et il a commencé tout le matériel nécessaire. Les produits chimiques entre les vitres ne sont pas si difficile à faire ou faire faire, mais la partie la plus difficile à acquérir est le verre ITO (oxyde d'indium étain) ou d'une même feuille transparente de verre conducteur.

Verre transparent conducteur est faite en appliquant une fine couche de matériau conducteur. Souvent, ce qui est utilisé est un composé appelé Indium-Tin-Oxyde ou ITO. La plupart des fabricants de verre ITO sont situés en Chine. J'ai été en mesure d'obtenir deux feuilles environ 1,5 pi par 2.5ft de la taille d'un fabricant en Chine. Ils me les a donnés gratuitement comme un échantillon, mais il m'a coûté environ 150 $ au fret de l'expédier de l'usine en Chine. Il n'y avait pas moyen de contourner cela. C'est là que j'ai commencé à entrer dans pulvérisation comme un moyen de créer ma propre verre ITO.

Fondamentalement, pour rendre le verre de l'ITO: obtenir un matériau de substrat (ITO), le mettre dans le vide et la bombarder avec des ions du plasma d'argon. Ce sera déloger les atomes ITO qui pousse à l'arrêt le verre et faire un film qui est conducteur. C'est faisable à la maison, mais il ya des pièces spéciales d'équipement qui sont nécessaires:

Sans un environnement ultra vide vous ne serez pas en mesure de créer le plasma nécessaire pour le dépôt. Afin de créer le vide bon vous devez effectuer deux étapes. La deuxième étape sera de créer un «vide poussé». Ceci est accompli en utilisant un vide de laboratoire commun comme ceux ci-dessous. Le vide pompe à air de la chambre, il est attaché. La pompe sorties cela en plein air de la pièce où il se trouve en Vous pouvez trouver ces pour n'importe où entre 150 $ à 500 $. Ebay a habituellement quelque ceux de bonne qualité utilisé.

Suivant est la première étape qui crée le «vide ultra haute". Ceci est accompli avec une pompe turbo-moléculaire qui obtient la pression vers le bas pour waaaay un cadre utilisable. Ils sont très coûteux à environ $ 1400. Ci-dessous vous pouvez voir une section sur la gauche qui montre les lames multiples qui composent un vide comme celui-ci. La mise en œuvre est décrite dans le schéma dans le milieu. La "pompe primaire" se réfère ici à notre pompe à vide deuxième étape dans les notes ci-dessus. Sans la 2e étape de la pompe turbo ne pourrait pas atteindre le vide ultra haute parce que la différence de pression est trop grande entre l'entrée et de sortie. Sur la droite vous pouvez voir ce type de vide dans un cadre typique.

Chambre à vide et des connecteurs spéciaux
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Si vous avez l'intention de créer un ultra-vide, puis la chambre à vide de votre choix et la manière dont vous construisez, il sera très important. La chambre à vide doivent être faits d'acier inoxydable en raison de sa capacité à maintenir un vide poussé. en acier inoxydable peut contenir un vide poussé, car il est un matériau à faible dégazage. Chaque matériau possède sur une certaine quantité d'air. Plus métaux poreux tenir sur un lot plus sont. Le plus d'air piégé dans le matériau le plus dégazage se produit lorsque vous essayez d'obtenir un vide très élevé. L'air emprisonné dans le métal est aspiré dans la chambre à vide, vous empêchant d'atteindre les pressions ultra haut vide nécessaire.

Voici quelques différents types de chambres disponibles sur Ebay, au moment d'écrire ces lignes:

Pour certaines procédures scientifiques, il faut être très prudent quant à la réalisation des pressions de vide spécifique et de prévenir toute pénétration de contaminants dans le système. Le vide nécessaire pour le processus de dépôt n'a pas à être parfait. Vous pouvez suivre quelques-unes des techniques typiques utilisées comme indiqué ci-dessous, mais si les procédures sont trop coût prohibitif faites de votre mieux avec ce que vous avez. Gardez à l'esprit que la plus stricte à vos besoins, le plus cher il sera. Ce que nous essayons de faire ici, c'est une pression qui est suffisamment bas pour permettre le plasma pour former.

Afin de mieux prévenir les problèmes de dégazage les techniques suivantes sont utilisées:

  1. Utiliser des matériaux à faible dégazage tels que le verre ou l'acier inoxydable.
  2. Créer une chambre avec la plus petite quantité possible de la surface exposée au vide.
  3. L'humidité est un grand contributeur au dégazage. Avant d'essayer d'atteindre des pressions de vide poussé, la chambre doit d'abord être chauffé à 200 à 400 degrés C pendant que les pompes à vide sont tirant un vide dans la chambre. Je pense que le moyen idéal de le faire serait d'utiliser une bobine de chauffage par induction à l'intérieur de la chambre qui est relié à travers la paroi de l'enceinte sous vide à haute tension de traversée connecteurs. Idéalement, la chambre doit passer par offgassing tout moment après, il est ouvert. Bien que je suis curieux de savoir si vous pouviez sortir avec pas de cuisson à chaque fois.
  4. Pour tous les joints sur les points de raccordement de la chambre, tout en métal spécial joints vide élevé sont utilisés. Ces phoques sont une seule fois - ils ont un couteau-bords sur les parties inox qui prennent en sandwich sur un anneau de cuivre. La morsure de couteau bords dans le cuivre créant un joint qui est suffisant pour des pressions de l'ultra-vide.
  5. Toutes les surfaces intérieures de la chambre doit être aussi lisse que possible afin d'éviter les fosses ou les crevasses. Elles peuvent résulter d'joints de soudure. joints de soudure doit être lissée sur autant que possible. fabricants de chambre professionnel recourir à une procédure d'électropolissage qui est essentiellement l'inverse de la galvanoplastie. Il enlève une mince couche à la surface de la chambre qui le rend très lisse.
  6. Essayez de ne pas avoir de têtes de vis exposées à l'intérieur de la chambre, car ce gaz peut piège entre la tête du boulon et la chambre.

Typiquement, si vous essayez de créer un plasma d'argon dont vous avez besoin pour obtenir la chambre à vide jusqu'à une pression d'environ 10-6 Torr. Après cela est atteint, vous permettra un peu de gaz argon pour s'écouler dans la chambre jusqu'à ce que la pression est élevée à environ 10-3 Torr.

Pour tenir compte de tous ces échanges de gaz et d'air, vous devez avoir vos divers appareils reliés par des tubes à vide et des joints spéciaux. Les tubes utilisés dans une chambre à vide est également en acier inoxydable. Les joints de raccordement à chaque extrémité d'un tube qu'on appelle une bride de vide. Le vide typique bride utilisée dans ce cas est le Conflat, ou bride CF. Cela se voit en bas à gauche. Comme mentionné précédemment, chaque face de l'accouplement deux extrémités de la bride de CF a un couteau sur lui pour mordre dans un joint en cuivre mou. Cela crée un joint qui est suffisant pour l'obtention d'ultra haute aspirateurs. Un autre type courant est le KF ou QF. Voir celui-ci sur la droite. Il s'agit de la norme ISO pour les brides de dégagement rapide. Le nom vient de Klein bride (KF) ou rapide Bride (QF). La bride KF a un joint en caoutchouc autour d'un anneau de métal. Ensuite, le fermoir unique autour de la bride et se verrouille tout serré.

 Un CF (Conflat) tuyau et la bride avec le joint en cuivre.
Un CF (Conflat) tuyau et la bride avec le joint en cuivre.
 Un KF-25 té, o-ring, et le collier.
Un KF-25 té, o-ring, et le collier.

D'autres choses qui sont nécessaires pour la chambre sont des instruments et des fenêtres. Instruments et capteurs de tension sont attachés à la chambre de l'utilisation d'accessoires de traversée à vide. Ceux-ci peuvent avoir de nombreuses formes et de tailles différentes en fonction de leur objectif. Certains des tordre et tourner ou glisser dans et hors tandis que certains d'entre eux sont fixes et ne seront utilisées pour la tension. Voici quelques éléments de haute Traversée haute tension:

 High Voltage traversée des chambres à vide.
High Voltage traversée des chambres à vide.
 High Voltage traversée des chambres à vide.
High Voltage traversée des chambres à vide.

Windows sont appelés fenêtres dans le monde vide. Ils sont la même chose que d'une bride sauf qu'au lieu d'un tube s'étendant ou une casquette, la fenêtre est en verre sur sa face. Les surfaces de contact sont les mêmes que tout autre aile.

matériel cible et l'équipement connexe
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La cible est constitué de tout matériau que vous souhaitez déposer sur le substrat. Dans le cas du verre ITO un substrat d'ITO est utilisé. Ces objectifs entrent en disques d'environ 2 pouces à 3 pouces de diamètre et coûte environ 300 $.

Pour maintenir le substrat en place dont vous avez besoin que l'on appelle un pistolet source. Le pistolet source (magnétron) a aussi un champ magnétique qui maintient les atomes d'argon excité de la surface du substrat. Cela permet de conserver le substrat de brûler.

L'achat en ligne (eBay), vous pouvez l'obtenir pour environ 1500 $. Vous pouvez aussi faire un vous-même en utilisant des aimants puissants de la configuration correcte. Voici quelques exemples de ce que d'un pistolet de pulvérisation magnétron source ressemble à:

 Magnétron pistolet source de pulvérisation. Le disque cible se trouve dans le centre.
Magnétron pistolet source de pulvérisation. Le disque cible se trouve dans le centre.
 Magnétron pistolet source de pulvérisation. Celui-ci est pour un disque de plus petite source de diamètre.
Magnétron pistolet source de pulvérisation. Celui-ci est pour un disque de plus petite source de diamètre.

Le pistolet source doit être refroidi à l'eau que le plasma ne le réchauffera de manière significative. Pour le conserver refroidi à l'eau dont vous avez besoin d'une traversée à vide qui a un tuyau qui peut s'adapter à la taille du tuyau qui mène à l'arme source. Si vous achetez une arme à feu de source, puis le tube de traversée est habituellement inclus avec l'achat. Une pompe à eau de 50 $ peut accomplir la tâche de fournir un flux régulier d'eau de refroidissement à la tête du pistolet source.

Le substrat est ce que vous êtes le dépôt de la couche mince sur. Cela peut être une plaquette de silicium, verre, métal ... etc Dans la fabrication des sacs de croustilles, de pulvérisation est utilisé sur les sacs de plastique pour recouvrir l'intérieur d'un film métallique. Dans le cas de l'ITO le substrat est généralement en verre, mais il ya certaines matières plastiques qui peuvent être utilisés pour les éléments conducteurs souple transparent. Le substrat est fixé à un support au dessus de la chambre. Il est maintenu en place par le vide ou parfois avec des adhésifs.

Pour développer un film uniforme du porte-substrat est parfois tourné en utilisant une traversée rotatif fixé à un moteur pas à pas à l'extérieur de la chambre.

High Voltage source
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Pour exciter tous les atomes d'argon, vous devrez mettre en place une haute tension électrique sur le terrain à travers le pistolet source. Cela crée le plasma de l'environnement argon sous vide élevé. Ce devrait être d'environ 600 volts (pas trop élevé) à 1 à 2 ampères. Vous pouvez trouver des sources de tension comme celui-ci sur eBay ou directement à partir une entreprise spécialisée dans les.

Il existe deux types de sources de tension, vous pouvez utiliser pour la pulvérisation: DC, ou courant continu, et RF, en courant alternatif à haute fréquence. La méthode DC est efficace, mais le taux de dépôt est lente, et parce que le bombardement de la cible est continue, la cible peut surchauffer et causer des dommages structurels qui réduit la durée de vie du matériau cible. RF est beaucoup plus efficace parce qu'il utilise la cible de manière plus efficace. aimants de forte puissance pour maintenir les électrons libres près de la surface de la cible. Détient la totalité des électrons libres dans un endroit augmente la probabilité d'ioniser les molécules de gaz argon. En raison de la forte concentration d'ions, il ya plus de bombardement du matériau cible. Cela permet au matériau de la cible doit être déposé plus rapidement sur la surface du substrat.

Vous pouvez obtenir une alimentation en courant continu dans cette gamme pour environ $ 1200. Vous pouvez obtenir une alimentation de puissance RF pour environ $ 2000.

D'autres matériaux
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L'Argon peut être acheté dans un magasin de fournitures de soudage. Les coûts du réservoir entre 75 $ et 150 $. Une fois que vous achetez le réservoir, vous pouvez le remplir pour environ 40 $. Vous aurez également besoin d'une soupape de vide poussé pour connecter le réservoir d'argon à la chambre. Vous pouvez obtenir ces types de vannes de 150 $ à 300 $.

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