Máquina Sputtering para deposição de Filme Fino
Retrieved from Get Up! And DIY (http://gdiy.com)

depósitos de película fina são úteis para um monte de coisas diferentes. Eles são necessários para tudo, desde o espelho doméstico mundano para os ambientes de laboratório complexos que usam película fina para estruturas de confinamento quântico superrede. Os filmes finos também são utilizadas para fabricação de produtos eletrônicos para coisas como thin-film transistor, resistores e capacitores.

Este artigo é sobre alta tensão técnicas de sputtering como um meio para atingir uma camada de película fina. No entanto, existem vários outros métodos de deposição de filmes finos, tais como evaporação térmica, deposição por laser pulsado e girar o revestimento só para citar alguns. O método necessária depende do que você está tentando alcançar. Sputtering é um método versátil, porque requer uma baixa temperatura de trabalho e os conceitos envolvidos não são muito difíceis de entender. Execução, porém, pode ser muito caro, dependendo de como você começa o seu material.

Inicialmente eu comecei a pesquisar sputtering porque eu quero fazer algum vidro eletrocrômico. Esperemos que em breve haverá uma página de projeto sobre como fazer isso. Existem muitos fatores que me fez adiar a trabalhar o vidro eletrocrômico. Os requisitos de custo foram saindo de controle, como eu tenho mais para ele e começou a contagem de todos os equipamentos necessários. A química entre os painéis de vidro não são tão difíceis de fazer ou comprar, mas realmente a parte mais difícil de adquirir é o vidro ITO (óxido de estanho índio) ou alguma folha de vidro transparente, semelhante realização.

Vidro condutor transparente é feita através da aplicação de uma fina película de material condutor. Muitas vezes o que é usado é um composto chamado de índio-estanho, óxido, ou ITO. A maioria dos fabricantes de vidro ITO estão localizadas na China. Eu era capaz de receber duas folhas sobre 1.5ft por 2.5ft no tamanho de um fabricante na China. Eles me deu de graça como uma amostra, mas custou-me cerca de $ 150 só para navio de carga a partir da planta na China. Não havia maneira de contornar isso. É onde eu comecei a entrar na pulverização catódica, como forma de criar o meu próprio vidro ITO.

Basicamente, para fazer o vidro ITO: obter um material de substrato (ITO), colocá-lo em um vácuo e bombardeá-la com íons de plasma de argônio. Isto irá desalojar os átomos de ITO que atirar no vidro e fazer um filme que é condutiva. É capaz de fazer em casa, mas existem algumas peças especiais de equipamentos que são necessários:

Ultra Alto Vácuo
[ editar esta seção ]

Sem um ambiente de vácuo ultra-alto, você não será capaz de criar o plasma necessário para a deposição. A fim de criar o vácuo adequado é necessário realizar duas etapas. A segunda etapa vai criar um "vácuo de alta". Isto é conseguido através de um vácuo de laboratório comum, como as apresentadas a seguir. O vácuo da bomba de ar para fora da câmara é ligada. A bomba de saídas desta para o ar livre da sala que fica dentro Você pode encontrá-los para qualquer lugar entre $ 150 a $ 500. Ebay geralmente tem alguns de boa qualidade usado.

Em seguida é a primeira etapa, que cria o "vácuo ultra-alto". Isto é realizado com uma bomba turbo-molecular que recebe a pressão muuuuito baixo para uma configuração utilizável. Eles são muito caros em cerca de US $ 1400. Abaixo você pode ver uma seção transversal à esquerda que mostra as múltiplas lâminas que compõem um vazio como este. A implementação é descrito no diagrama no meio. A "bomba de apoio" aqui se refere ao nosso segundo estágio da bomba de vácuo nas notas acima. Sem a 2 ª etapa da bomba do turbo não poderia alcançar o vácuo ultra-alto, porque o diferencial de pressão é muito grande entre a entrada ea saída. À direita você pode ver este tipo de vácuo em um ambiente típico.

Câmara de vácuo e conectores especiais
[ editar esta seção ]

Se você está pensando em criar um vácuo ultra-alto, em seguida, na câmara de vácuo que você escolher e como construí-lo será muito importante. A câmara de vácuo deve ser feita de aço inoxidável por causa de sua capacidade de manter um alto vácuo. O aço inoxidável pode conter um alto vácuo, porque é um material de baixa saída de gás. Todo o material mantiver uma certa quantidade de ar. metais mais poroso prender muito mais o são. Quanto mais o ar preso no interior do material o mais outgassing irá ocorrer quando você está tentando obter um vácuo ultra-alto. O ar aprisionado dentro do metal é sugado para dentro da câmara de vácuo impedindo-o de alcançar a pressões ultra alto vácuo necessário.

Aqui estão alguns vários tipos de câmaras disponíveis no Ebay no momento da redação deste artigo:

Para alguns procedimentos científicos que você tem que ser muito cuidadosos sobre a realização de pressões de vácuo específico e evitar qualquer tipo de contaminantes entrem no sistema. O vácuo necessário para o processo de deposição não tem que ser perfeito. Você pode seguir algumas das técnicas mais utilizados, como mostrado abaixo, mas se os procedimentos são muito custo proibitivo apenas fazer o seu melhor com o que você tem. Tenha em mente que quanto mais rígidas suas necessidades, mais caro ele será. O que estamos tentando fazer aqui é uma pressão que é baixo o suficiente para permitir que o plasma para se formar.

Para impedir novos problemas de desgaseificação as seguintes técnicas são usadas:

  1. Use materiais de baixa outgassing como o vidro ou aço inox.
  2. Crie uma câmara com a menor quantidade possível de área de superfície exposta ao vácuo.
  3. A umidade é um grande contribuinte para saída de gás. Antes de tentar atingir pressões de alto vácuo, a câmara deve inicialmente ser aquecida a 200-400 graus C, enquanto as bombas de vácuo estão puxando um vácuo dentro da câmara. Eu acho que a maneira ideal de fazer isso seria usar uma bobina de aquecimento por indução no interior da câmara que está conectado através das paredes da câmara, utilizando vácuo de alta tensão de alimentação através de conectores. Idealmente, a câmara deve passar por offgassing qualquer momento após a sua abertura. Embora eu esteja curioso para saber se você poderia começar afastado com não assando-a cada vez.
  4. Para todos os selos em pontos de ligação da câmara especial, todo em metal, selos de alto vácuo são usados. Estes são os selos de uma só vez - eles têm faca bordas nas partes inoxidável que sanduíche sobre um anel de cobre. A mordida faca bordas para o cobre a criação de um selo que é adequado para pressões de ultra-alto vácuo.
  5. Todas as superfícies dentro da câmara deve ser o mais suave possível para evitar buracos ou fendas. Estes podem resultar de juntas soldadas. juntas soldadas devem ser suavizadas, tanto quanto possível. fabricantes de câmara profissionais usam um processo de eletropolimento que é basicamente o oposto de galvanoplastia. Ele remove uma camada fina na superfície da câmara que o torna muito suave.
  6. Tente não ter qualquer parafuso cabeças expostas no interior da câmara de gás como esta armadilha pode entre a cabeça do parafuso e da câmara.

Normalmente, se você está tentando criar plasma de argônio que você precisa para a câmara de vácuo para baixo a uma pressão de cerca de 10-6 Torr. Depois que é feito, você permite que algum gás argônio para o fluxo para a câmara até que a pressão é aumentada para cerca de 10-3 Torr.

Para permitir todas essas trocas gasosas e fluxo de ar que você precisa ter o seu aparelho conectado através de vários tubos de vácuo e selos especiais. Os tubos utilizados em uma câmara de vácuo também é feita de aço inoxidável. Os selos de conexão em cada extremidade de um tubo é chamado de uma flange de vácuo. O vácuo típico flange utilizada neste caso é o Conflat ou flange FC. Isto pode ser visto abaixo, à esquerda. Como mencionado anteriormente, cada face do acasalamento duas extremidades do flange FC tem uma faca sobre ele para morder uma junta de cobre macio. Isso cria um selo que é adequada para a obtenção de ultra alto vácuo. Outro tipo comum é o KF ou QF. Veja este outro à direita. Este é o padrão ISO para flanges de liberação rápida. O nome vem de Klein flange (KF) ou Flange Rápida (QF). O flange KF tem uma vedação de borracha em torno de um anel de metal. Em seguida, o fecho se encaixa ao redor do flange e bloqueia tudo apertado.

 A CF pipe (conflat) e flange com junta de cobre.
A CF pipe (conflat) e flange com junta de cobre.
 A KF-25 T, o-ring, e pinça.
A KF-25 T, o-ring, e pinça.

Outras coisas que são necessárias para a câmara, são instrumentos e janelas. Instrumentos e sondas de tensão estão ligados ao uso de acessórios câmara de passagem direta do vácuo. Estas podem ter diversos formatos e tamanhos de acordo com sua finalidade. Alguns dos torção e volta ou deslizar para dentro e para fora, enquanto alguns deles são fixas e serão utilizadas apenas para a tensão. Aqui estão alguns dos itens de alta tensão de passagem direta:

 Alta Tensão passagem direta para as câmaras de vácuo.
Alta Tensão passagem direta para as câmaras de vácuo.
 Alta Tensão passagem direta para as câmaras de vácuo.
Alta Tensão passagem direta para as câmaras de vácuo.

Windows são chamadas viewports no mundo vazio. Eles são apenas o mesmo que um flange exceto em vez de um tubo de extensão ou um boné, o visor é feito de vidro em seu rosto. As superfícies de contato são as mesmas que qualquer outra flange.

Alvo de materiais e equipamentos relacionados
[ editar esta seção ]

A meta é feito de qualquer material que você deseja depositar na superfície do substrato. No caso do vidro ITO um substrato de ITO é usado. Estes objectivos vêm em discos de aproximadamente 2 polegadas a 3 polegadas de diâmetro e custou cerca de US $ 300.

Para conter o substrato no lugar que você precisa que é chamado de uma arma de origem. A arma de origem (magnetron) também tem um campo magnético que mantém os átomos de argônio animado de distância da superfície do substrato. Isso mantém o substrato da queima de cima.

Compra on-line (eBay), você pode obtê-lo por cerca de US $ 1500. Você também pode fazer um você mesmo usando ímãs fortes no padrão correto. Aqui estão alguns exemplos do que um magnetron sputtering fonte arma se parece com:

 Magnetron sputtering fonte arma. O disco de destino fica no centro.
Magnetron sputtering fonte arma. O disco de destino fica no centro.
 Magnetron sputtering fonte arma. Este é um disco menor diâmetro fonte.
Magnetron sputtering fonte arma. Este é um disco menor diâmetro fonte.

A arma de origem tem de ser refrigerado a água como o plasma vai aquecê-lo significativamente. Para mantê-lo refrigerado a água você precisa de um condutor de passagem de vácuo, que tem um cano que pode acomodar o tamanho da tubulação que leva até a arma de origem. Se você comprar uma arma de origem, em seguida, o tubo condutor de passagem é geralmente incluído com a compra. Uma bomba de água $ 50 pode realizar a tarefa de fornecer um fluxo constante de água de resfriamento para a cabeça da pistola de origem.

O substrato é o que você está depositando o filme-fino para. Isso pode ser uma pastilha de silício, vidro, metal, etc ... Na fabricação de sacos de batatas fritas, sputtering é usado em sacos de plástico para revestir o interior com uma película de metal. No caso de ITO o substrato é geralmente de vidro, mas existem certos plásticos que podem ser utilizados para flexível e transparente elementos condutores. O substrato é ligado a um suporte na parte superior da câmara. Ele é mantido no lugar por um vácuo ou às vezes com adesivos.

Para desenvolver uma película uniforme titular substrato às vezes é girada através de um canal de alimentação rotativo ligado a um motor de passo do lado de fora da câmara.

Alta fonte de tensão
[ editar esta seção ]

Para excitar os átomos de argônio você precisará configurar um campo elétrico de alta tensão através da arma de origem. Isso cria o plasma para fora do ambiente de argônio de alto vácuo. Isso deve ser de cerca de 600 volts (não muito alto) 1 a 2 amperes. Você pode encontrar fontes de tensão como este no eBay ou em linha reta de uma empresa especializada em si.

Existem dois tipos de fontes de tensão você pode usar para sputtering: DC ou corrente contínua, e RF, corrente alternada de alta frequência. O método de DC é eficaz, mas a taxa de deposição é lento, e porque o bombardeio de um alvo é contínua, o alvo pode superaquecer e causar danos estruturais, o que reduz a vida útil do material alvo. RF é muito mais eficaz porque ele usa o alvo com mais eficiência. ímãs de alta potência prender os elétrons livres perto da superfície do alvo. Mantendo todos os elétrons livres em um só lugar aumenta a probabilidade de ionização das moléculas do gás argônio. Como resultado da alta concentração de íons, há mais de bombardeamento do material alvo. Isso permite que o material do alvo a ser depositado mais rapidamente sobre a superfície do substrato.

Você pode obter uma fonte de alimentação DC, neste intervalo de cerca de US $ 1200. Você pode obter uma fonte de energia de RF para cerca de US $ 2000.

Outros materiais
[ editar esta seção ]

O argônio pode ser comprado a partir de uma loja de material de solda. Os custos do tanque entre $ 75 e US $ 150. Depois de comprar o tanque você pode recarregá-lo por cerca de US $ 40. Você também vai precisar de uma válvula de alto vácuo para conectar o tanque de argônio para a câmara. Você pode obter esses tipos de válvulas por US $ 150 a $ 300.

Outros Artigos passo a passo:

info vácuo:

Onde comprar equipamento:

Informações Gerais:

Sputtering Deposição:

Comentários