THIN FILM VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG (PHẦN 1)

Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu về thin film và cách thức để tạo ra một thin film.

Thin film là gì​

Thin film hay màng mỏng, là một lớp vật liệu được phủ trên một bề mặt nào đó, có thể hình dung tương tự như lớp vỏ của viên kẹo m&m nhưng thin film mỏng và chắc chắn hơn rất nhiều.

Thin film có thể có độ dày trong khoảng vài nano-mét đến vài micro-mét.
Trong thực tế, thin film được phủ lên bề mặt bao gồm nhiều vật liệu khác nhau được lắng đọng liên tục nhiều lớp.

Trong những ứng dụng cụ thể, substrate hay chất nền, có thể có nhiều tên khác nhau như wafer trong nền công nghiệp bán dẫn.

Thin film được lắng đọng theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào từng ứng dụng nhưng đều có chung nguyên lý hoạt động như sau. Vật liệu được mạ lên substrate sẽ được chứa trong một vị trí để xuất phát. Tùy thuộc vào ứng dụng mà có thể gọi là source, target hoặc crucible liner. Buồng chân không sẽ là nơi xảy ra toàn bộ quá trình mạ_coating.


Trong tất cả các ứng dụng, vật liệu mong muốn sẽ phải di chuyển một khoảng cách rồi sau đó mới lắng đọng lên substrate nhờ vào sự thay đổi vật lý hoặc hóa học. Trong thực nghiệm, chúng ta sẽ làm nóng crucible liner cho đến khi vật liệu trong đó bay hơi hoặc thăng hoa. Vật liệu sẽ giản nở để tạo thành lớp mạ lên các bề mặt trong buồng chân không. Sau khi quá trình lắng đọng hoàng tất, bạn có thể thấy một lớp màng mỏng (thin film) đã được lắng đọng lên cả QCM và substrate.

QCM – Quartz Crystal Microbalance​

QCM hay sự cân bằng tinh thể thạch anh, là một công cụ hiệu quả để đo độ dày màng mỏng được lắng đọng vì cảm biến tinh thể thạch anh và substrate đều được mạ cùng một thời điểm trong buồng chân không. Nhờ vào QCM, chúng ta có thể đảm bảo rằng trong quá trình sản xuất, thin film trên tất cả substrate sẽ có độ dày như nhau. QCM sẽ nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng độ dày mảng mỏng so với các phương pháp thông thường.

QCM thường được sử dụng trong cả hệ PVD (Physical Vapor Deposition) và CVD (Chemical Vapor Deposition).

Phương pháp tạo ra thin film​

1/ PVD – Physical Vapor Deposition

Tương tự như định nghĩa ở trên, vật liệu phủ sau khi được nung nóng sẽ chuyển từ thể rắn sang thể hơi sau đó lắng đọng lên substrate trong quá trình PVD tạo thành thin film.

Các phương pháp tạo ra thin film sử dụng quá trình PVD:

• Resistive Heating
• Electron Beam
• Sputtering
• Molecular Beam Epitaxy

2/ CVD – Chemical Vapor Deposition

Khác với ứng dụng PVD, CVD làm lắng đọng vật liệu mong muốn lên substrate nhờ vào phản ứng hóa học. Khí gas phản ứng sẽ được dẫn qua buồng phản ứng và tác dụng với các chất có sẵn trong buồng và lắng đọng tạo thành thin film

Ứng dụng:​

• Dụng cụ quang học
• Tạo lớp phủ kim loại
• Mạ
• Thiết bị quang điện tử
• Năng lượng
• Công nghiệp bán dẫn