Niçin İnce Film Yapılıyor ?

   Günümüzde ince filmler, yarı iletken aletlerin yapımında, manyetik kayıt ve algılama sistemlerinde, optik kaplamalarda ve dekoratif işlerde yaygınlıkla kullanılmaktadır.Kaplama yöntemlerindeki farklılıklar ve kaplama sırasındaki çeşitli işlemler sonucu, hacimli malzemede bulunmayan birçok  özellik bu malzemelerin ince filmlerinde yaratılabilir.İnce filmli malzemelerde olup hacimli malzemelerde olmayan şu özellikler vardır:

1. Klasik laboratuar şartlarında elde edilemeyecek ölçüde temizdir,
2. Klasik laboratuar şartlarında elde edilemeyecek seviyede küçük geometrilerin üç boyutta oluşması mümkündür,
3. Atomik büyüme işleminden kaynaklanan filme özgü malzeme özellikleri görülebilir,
4. Kalınlık, kristal yönlenmesi ve çok katlı yapılardan kaynaklan kuantum boyut etkileri ve diğer boyut etkilerini görmek mümkündür.

Boşay Uygulamaları ve Buharla Biriktirme Yöntemleri:

   İnce film kaplamada, boşay sistemleriyle fiziksel uygulama tekniklerine dayalı kaplamalar ve kimyasal yöntemlele buhar taşıma teknikleri çok geniş kullanım alanlarına sahiptir.

   Kimyasal buhar taşıma yöntemiyle film kaplama, son yıllarda kullanılmaya başlanan bir tekniktir. Bu yöntem daha çok, yarıiletken filmlerin yapımında kütle arttırma teknolojisinin bir metodudur. Ayrıca metal kaplama yöntemi olarak da kullanılmaktadır.

İNCE FİLM KAPLAMA YÖNTEMLERİ

·        Fiziksel Olarak Buhar Biriktirme Yöntemi (PVD: Physical Vapour Deposition Process):

   Bu yöntemle yapılan kaplamalarda, malzemenin termal ısıtma veya yüksek enerjili elektron ya da iyon kullanılarak film üzerin birikimi sağlanır. Malzeme buharlaştırılıp alttaş üzerinde biriktirilir. Vakum altında stabilizesini koruyabilen her türlü malzemenin biriktirmesi bu yöntemle yapılabilmektedir. Fiziksel olarak buhar biriktirme yöntemi ile  film kaplama işleminin temel özelliği çok plazma ve iyon işlemi kullanılırsa çok sayıda malzemeyi içermesidir. İnce film  kaplama işleminin temel sorunu şu gerçeklerden ortaya çıkmaktadır:

   Pin boşluğu içermeyen tabakalar sadece ve çoğunlukla kalın filmler için ekonomik olmayan bir şekilde elde edilmesi ve üzerinde eşit kalınlıkta tabaka yapılacak alttaşın sert olmasıdır. Bu sorunlar izole edici ve pasifleştirici tabakalar için belli bir anlam ifade etmektedir. 

·        Yüksek Vakumda Biriktirme Yöntemi (High Vacuum Deposition Process):

   Bu yöntemde biriktirilecek malzeme, direnç veya elektron tabancası kullanılarak yapılır.Deposition enerjisi yaklaşık olarak buharlaşma enerjisine eşittir. Bu yöntem basit ve ekonomiktir.Yeni algıç (sensor) malzemelerinin üretimi için gerekli olan reaktif işlemler ve karmaşık malzemelerin buharlaştırılması çok kritik ve zor olması bu yöntemin dezavantajlarıdır.

·        Kopartma Yöntemi (Sputtering Process):

   Bu yöntemde basıncı 0.1 Pa’dan 10 Pa’a kadar olan soy gaz atmosferinde, DC veya RF (radyo frekansı) güçkaynağı yardımı ile plazma üretilir.Genel olarak argon veya azot gazı kullanılır. Biriktirmesi yapılacak malzeme RF jeneratörüne veya DC güçkaynağının negatifine bağlanır. Birikmiş malzeme miktarını arttırmak için plazmayı arttırmak gerekir. Bunu sağlamak için de katot yüzeyine paralel ve elektronları spiral yörüngede harekete zorlayacak; bu sayede anoda elektronların direkt ulaşmasını önlyecek bir manyetik alan kullanılabilir. 

·        İyon Demetiyle Biriktirme Yöntemi (Ion Deposition Assisted Deposition):

   Hedefi veya alttaşı ya da her ikisini birden bombardıman enerjisi, kinetik enerjisi, iyi bilinen bir iyon demetiyle döverek iyi bir biriktirme işlemi yapılabilir. Plazma yoğunluğu ve enerji bağımsız olarak seçilebilir ve yüksek vakum şartlarından dolayı biriktirilen malzeme kopartma yöntemine göre daha temiz elde edilebilmektedir. Bu yöntem karmaşıklığı ve geniş alan plazma kaynaklarının kısa anlar için elde edilmesinden dolayı sensör teknolojisinde henüz yerini alamamıştır.

·        İyon Grubu Demeti Biriktirme Yöntemi (Ion Cluster Beam Deposition):

   Buharlaştırma, kopartma, ve iyon demeti yardımı ile biriktirme yöntemlerinin birleşmiş bir şeklidir. Bir maden eritme potası termal olarak ısıtılıp, metal buharının genişletilmesi yoluyla, sadece tek atom değil; atom grupları kaynaktan vakum ortamına yayılır. Bu gruplar bir plazma bölgesinde iyonlaştırılıp belli enerji ve gerilime gönderilerek istenen tabakanın oluşumu sağlanır.

·        Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi (Chemical Vapor Deposition):

   Biriktirilmesi istenen malzeme alttaş üzerine kimyasal buhar olarak biriktirilir. Bu buhar alttaş üzerinde kimyasal olarak parçalanarak film tabakası oluşturulur.Reaksiyon sonucu çıkan, istenmeyen ürünler buhar olarak sistemden uzaklaştırılır. Kimyasal olarak parçalanma enerjisi termal, optik ve elektriksel yollardan birisi kullanılarak verilen bu yöntem ile avantajları, düzlemsel olmayan yüzeyleri kaplama ve pin boşluğu yapmama olan fiziksel buhar biriktirme yöntemi karşılaştırılınca ortaya çıkan fark, kimyasal buhar biriktirme yönteminin enerji temin yolları olmaktadır. Bu yöntem geni hacim uygulamaları için kullanılır. Kaplama için silikon, silikon di oksit, ve nitritler kullanılabilir. 

·        Plazma Çoğaltmalı Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) :

   Burada işlemler elektromanyetik enerji ile, çoğunlıkla birkaç 100 kHz (düşük frekans), 13.6 MHz (radyo frekansı) ve 2.56 GHz (mikrodalga); 1 Pa’dan 100 Pa’a kadar basınç aralığında ve düşük alttaş sıcaklıklarında (oda sıcaklığından 450 dereceye kadar) yapılmktadır.

·        Alçak Basınç Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi (Low Pressure Chemical Vapor Deposition):

   Bu yöntemde kimyasal bozunma için gerekli enerji ısıdan elde edilmektedir.Alçak basınçtan dolayı alttaş biriktirme yöntemini bozmadan dik olarak hedef malzemeye çok yakın pozisyonda tutulabilir. Bu yöntem geniş hacim uygulamaları için kullanılmaktadır.Yüksek sıcaklıklarda çalışmak mümkündür.

·        Lazer Geliştirmeli Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi ( Laser Enhanced Chemical Vapor Deposition Process):

   Bu yöntemle ince filmlerin geniş ve hantal yüzeylere, örneğin motor bloğu üzerine, kaplanması mümkündür. Bu yöntemle tabakalar 100 Pa’dan 1000 Pa’a kadar plazma geliştirme yöntemine benzer sıcaklıklarda tipik olarak yapılabilir.