Macchina di sputtering per deposizione a film sottile
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Depositi a film sottile sono utili per un sacco di cose diverse. Essi sono necessari per tutto dallo specchio della famiglia mondano per gli ambienti di laboratorio complessi che utilizzano a film sottile per le strutture di confinamento quantico superlattice. Film sottili sono utilizzati anche per la produzione elettronica per cose come transistori a film sottile, resistenze e condensatori.

Questo articolo è per quanto riguarda le tecniche di sputtering ad alta tensione come mezzo per ottenere un rivestimento a film sottile. Tuttavia, ci sono molti altri metodi di deposizione a film sottile come l'evaporazione termica, deposizione laser pulsata e spin coating, solo per citarne alcuni. Il metodo richiesto dipende da cosa si sta cercando di ottenere. Sputtering è un metodo versatile, poiché richiede una bassa temperatura di lavoro e di concetti che non sono troppo difficili da capire. L'attuazione, tuttavia, può essere piuttosto costoso a seconda di come si ottiene il materiale.

Originariamente ho iniziato la ricerca di sputtering perché voglio fare qualche vetro elettrocromico. Speriamo che ci sarà presto una pagina del progetto su come farlo. Ci sono molti fattori che mi ha fatto rimandare di lavoro sul vetro elettrocromico. I requisiti di costo sono ormai fuori controllo come ho avuto più in profondità e ha iniziato contando tutte le attrezzature necessarie. Le sostanze chimiche tra le lastre di vetro non sono così difficili da make or buy, ma la parte veramente difficile da acquisire è il vetro ITO (ossido di indio e stagno) o qualche simile lastra di vetro trasparente conduttivo.

vetro trasparente conduttivo è fatta applicando una pellicola sottile di materiale conduttore. Spesso ciò che viene utilizzato è un composto chiamato Indium-Tin-Oxide, o ITO. La maggior parte dei produttori di vetro della ITO si trovano in Cina. Sono stato in grado di ottenere due fogli su 1.5ft da 2.5ft nel formato da un produttore in Cina. Li hanno dato a me per libero come un campione, ma mi è costato circa 150 dollari solo per il traffico merci della nave dalla pianta in Cina. Non c'era modo per aggirare tale. È lì che ho cominciato a ricevere in sputtering come un mezzo per creare il mio bicchiere proprio ITO.

Fondamentalmente, per rendere il vetro ITO: ottenere un materiale del substrato (ITO), metterlo in un vuoto e bombardarla con ioni argon plasma. Questo sloggiare gli atomi ITO che spara fuori al vetro e fare un film che è conduttore. Si tratta di do-able a casa, ma ci sono alcuni pezzi speciali di apparecchiature che sono necessari:

Senza un ambiente ultra-alto vuoto non sarà in grado di creare il plasma necessario per la deposizione. Al fine di creare il giusto grado di vuoto è necessario eseguire due fasi. La seconda fase verrà creato un "vuoto spinto". Questo si ottiene con un aspirapolvere comune di laboratorio, come quelle qui sotto. Il vuoto della pompa d'aria dalla camera di cui è collegato. La pompa di uscite di questo all'aria aperta della stanza si siede dentro È possibile trovare questi per qualsiasi punto tra $ 150 a $ 500. Ebay ha di solito alcuni tra quelli di buona qualità utilizzato.

La prossima è il primo stadio, che crea il "vuoto ultra alto". Ciò si ottiene con una pompa turbo-molecolare che ottiene la pressione waaaay verso il basso per un ambiente utilizzabile. Sono molto costosi a circa $ 1400. Qui sotto potete vedere una sezione trasversale a sinistra che mostra le lame multiple che compongono un vuoto come questo. L'implementazione è descritta nello schema al centro. La "pompa della protezione" si riferisce qui alla nostra seconda pompa per vuoto tappa nelle note di cui sopra. Senza il 2 ° stadio pompa il turbo non ha potuto raggiungere il vuoto ultra alto perché il differenziale di pressione è troppo grande fra l'ingresso e di uscita. Sulla destra si può vedere questo tipo di vuoto in un ambiente tipico.

Alloggiamento di vuoto e connettori speciali
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Se si sta pianificando la creazione di un vuoto ultra-alta, la camera a vuoto si sceglie e come si costruisce sarà molto importante. La camera a vuoto deve essere realizzato in acciaio inox per la sua capacità di tenere un alto vuoto. L'acciaio inossidabile può tenere un alto vuoto perché è un materiale a bassa emissione di gas. Ogni materiale trattiene una certa quantità di aria. metalli più poroso tenere su molto di più lo sono. L'aria più intrappolato all'interno del materiale il degassamento di più si verifica quando si tenta di ottenere un vuoto ultra alto. L'aria intrappolata dentro il metallo viene aspirata nella camera del vuoto che vi impediscono di raggiungere le pressioni ultra alto vuoto necessario.

Qui ci sono alcuni tipi diversi di camere disponibili su Ebay, al momento della stesura di questo:

Per alcune procedure scientifiche dovete essere molto attenti a raggiungere pressioni di vuoto specifici e prevenire eventuali contaminanti di entrare nel sistema. Il vuoto necessario per il processo di deposizione non deve essere perfetto. È possibile seguire alcune delle tecniche tipiche utilizzate come illustrato di seguito, ma se le procedure sono troppo costo proibitivo fai del tuo meglio con quello che hai. Tenete a mente che la più rigorosa alle tue esigenze, il più costoso sarà. Ciò che stiamo cercando di fare qui è una pressione che è sufficientemente bassa per permettere al plasma di forma.

Per ulteriori evitare problemi di emissione di gas sono utilizzate le seguenti tecniche:

  1. Utilizzare materiali a bassa emissione di gas come il vetro o acciaio inox.
  2. Creare una camera con la minima quantità possibile di superficie esposta al vuoto.
  3. L'umidità è un grande contributore di degassamento. Prima di tentare di raggiungere pressioni di alto vuoto, la camera dovrebbe essere inizialmente riscaldato a 200 a 400 C °, mentre le pompe a vuoto stanno tirando un vuoto all'interno della camera. Penso che il modo ideale per farlo sarebbe quello di utilizzare una batteria di riscaldamento a induzione all'interno della camera di cui è collegata tramite le pareti della camera sotto vuoto ad alta tensione di alimentazione attraverso i connettori. Idealmente, la camera deve passare attraverso offgassing qualsiasi momento dopo che è aperto. Anche se sono curioso di sapere se si poteva farla franca, non di cottura ogni volta.
  4. Per tutti i sigilli sui punti di connessione della camera, speciali guarnizioni in metallo di alto vuoto sono utilizzati. Queste sono le guarnizioni di una volta - hanno coltello bordi sulle parti inossidabile che sandwich su un anello di rame. Il morso di coltello i bordi in rame creando un sigillo che è adeguato per pressioni di vuoto ultra-alta.
  5. Tutte le superfici all'interno della camera deve essere il più liscio possibile per evitare buche o fessure. Questi possono derivare da giunti di saldatura. giunti di saldatura deve essere levigata per quanto possibile. produttori di camera professionale utilizzare una procedura elettrolitica che è sostanzialmente l'opposto di galvanizzazione. Si rimuove un sottile strato dalla superficie della camera che lo rende molto liscia.
  6. Cercate di non avere alcun bullone testa esposta sul lato interno della camera come questo gas può intrappolare tra la testa del bullone e la camera.

In genere, se si sta cercando di creare plasma di argon è necessario per ottenere la camera a vuoto fino ad una pressione di circa 10-6 Torr. Dopo di che si realizza, è consentire ad alcuni gas argon a fluire nella camera fino a quando la pressione si alza a circa 10-3 Torr.

Per consentire a tutti questi scambi di gas e di flusso d'aria è necessario avere la tua vari apparati collegati tramite tubi a vuoto e guarnizioni. I tubi utilizzati in una camera a vuoto è anche fatta di acciaio inossidabile. I sigilli di collegamento ad ogni estremità di un tubo si chiama una flangia di vuoto. Il vuoto tipico flangia utilizzata in questo caso è il Conflat, o flangia CF. Questo si vede in basso a sinistra. Come accennato prima, ogni faccia della monta due estremità della flangia CF ha una lama di coltello su di esso per addentare una guarnizione in rame ricotto. Questo crea un sigillo che è adeguato per l'ottenimento di ultra alto vuoto. Un altro tipo comune è il KF o QF. Vedere questo uno a destra. Questo è lo standard ISO per le flange a sgancio rapido. Il nome deriva da Klein a flangia (KF) o Quick flangia (QF). La flangia KF ha un sigillo in gomma intorno un anello di metallo. Poi la chiusura combaci con la flangia e si blocca tutto stretto.

 A (Conflat) CF tubo e flangia con guarnizione in rame.
A (Conflat) CF tubo e flangia con guarnizione in rame.
 A-25 KF tee, o-ring, e morsetto.
A-25 KF tee, o-ring, e morsetto.

Altre cose che sono necessarie per la Camera sono strumenti e le finestre. Gli strumenti e le sonde di tensione sono attaccati alla camera con accessori passante vuoto. Queste possono avere molte forme e dimensioni diverse in base al loro scopo. Alcuni dei giri e te o scorrere dentro e fuori, mentre alcuni di loro sono stazionari e utilizzati solo per la tensione. Qui ci sono un paio di articoli di alta tensione passante:

 Alta tensione passante per camere a vuoto.
Alta tensione passante per camere a vuoto.
 Alta tensione passante per camere a vuoto.
Alta tensione passante per camere a vuoto.

Windows sono chiamati finestre nel mondo vuoto. Sono proprio come una flangia tranne che invece di un tubo di estensione o un cappello, la finestra è di vetro sul suo volto. Le superfici di contatto sono le stesse di qualsiasi altro flangia.

Target di materiale e attrezzature connesse
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L'obiettivo è di qualsiasi materiale che si desidera depositare sul substrato. Nel caso del vetro di ITO un substrato di ITO è usato. Questi obiettivi vengono in dischi di circa 2 pollici a 3 pollici di diametro e costerà circa $ 300.

Per mantenere il substrato in luogo avete bisogno di quello che viene chiamato una pistola di origine. La pistola di origine (magnetron) ha anche un campo magnetico che contiene atomi di argon eccitati dalla superficie del substrato. Che mantiene il substrato da bruciare.

L'acquisto on-line (eBay), si potrebbe ottenere per circa $ 1500. Si può anche fare uno voi stessi utilizzando forti magneti nel modello corretto. Qui ci sono un paio di esempi di ciò che un magnetron sputtering pistola fonte appare come segue:

 Magnetron sputtering pistola fonte. Il disco di destinazione si trova nel centro.
Magnetron sputtering pistola fonte. Il disco di destinazione si trova nel centro.
 Magnetron sputtering pistola fonte. Questa è per un disco di diametro più piccolo di origine.
Magnetron sputtering pistola fonte. Questa è per un disco di diametro più piccolo di origine.

La pistola di origine deve essere raffreddati ad acqua, come il plasma caldo in modo significativo. Per tenerlo raffreddato ad acqua è necessario un passante vuoto che ha un tubo in grado di ospitare le dimensioni del tubo che porta fino alla pistola di origine. Se si acquista una pistola di origine poi il tubo passante di solito è incluso con l'acquisto. Una pompa acqua 50 dollari può assolvere il compito di fornire un flusso costante di acqua di raffreddamento alla testa della pistola di origine.

Il substrato è ciò che si sta depositando il film sottile su. Questo può essere un wafer di silicio, vetro, metallo, ecc ... Nella produzione di sacchetti di patatine, sputtering viene utilizzata in sacchetti di plastica per rivestire l'interno con una pellicola di metallo. Nel caso di ITO il substrato è di solito di vetro, ma ci sono parti in plastica che possono essere usati per elementi flessibili trasparenti conduttori. Il substrato è attaccato ad un supporto nella parte superiore della camera. E 'tenuto da un vuoto o, a volte con gli adesivi.

Per sviluppare una pellicola uniforme il titolare substrato è ruotato a volte con un alimentazione rotativa collegata ad un motore passo-passo al di fuori della camera.

High Voltage source
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Per eccitare tutti gli atomi di argon sarà necessario istituire un campo di alta tensione elettrica attraverso la pistola di origine. Che crea il plasma di argon per l'ambiente ad alto vuoto. Questo dovrebbe essere di circa 600 volt (non troppo alta) da 1 a 2 ampere. È possibile trovare rifornimenti di tensione come questo su eBay o direttamente da una società specializzata in loro.

Ci sono due tipi di forniture di tensione si possono utilizzare per sputtering: DC, o corrente continua, e RF, corrente alternata ad alta frequenza. Il metodo di DC è efficace, ma la velocità di deposizione è lento, e perché il bombardamento del bersaglio è continuo, l'obiettivo può surriscaldarsi e causare un danno strutturale che riduce la durata di vita del materiale bersaglio. RF è molto più efficace perché utilizza il target in modo più efficiente. magneti ad alta potenza tenere gli elettroni liberi in prossimità della superficie del bersaglio. Holding tutti gli elettroni liberi in un unico luogo aumenta la probabilità di ionizzazione le molecole del gas argon. Come risultato della concentrazione di ioni, non vi è più bombardamento del materiale bersaglio. Questo permette al materiale di destinazione devono essere depositati in modo più rapido sulla superficie del substrato.

È possibile ottenere un rifornimento di corrente continua in questo intervallo per circa $ 1200. È possibile ottenere una fornitura di potenza RF per circa $ 2000.

L'Argon può essere acquistato presso un negozio di saldatura. I costi serbatoio tra $ 75 e $ 150. Una volta acquistato il serbatoio si può ricaricare per circa $ 40. Avrete anche bisogno di una valvola per alto vuoto per collegare il serbatoio alla camera di argon. È possibile ottenere questi tipi di valvole per $ 150 a $ 300.

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