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La tecnica di deposizione fisica da fase vapore (detta '''Physical Vapor Deposition''') di film sottili mediante evaporazione termica è una dei processi più antichi di deposizione.
Il materiale viene riscaldato sotto vuoto e o [[w:Sublimazione|sublima]] o [[w:Evaporazione|evapora]]. Da semplici considerazioni termodinamiche segue che il flusso <math>F\ </math> uscente dalla sorgente, cioè il numero di molecole che escono per unità di superficesuperficie e di tempo, dipende in maniera esponenziale dalla [[w:Energia_di_attivazione|energia di attivazione]] della relativa trasformazione di fase coinvolta (evaporazione o sublimazione) secondo la legge:
 
<math>F=Ae^{-E_a/k_BT}\ </math>
<math>A\ </math> varia debolmente con l'energia di attivazione e la temperatura <math>T\ </math>, l'[[w:Energia_di_attivazione|energia di attivazione]] <math>E_a\ </math> è l'energia necessaria per sottrarre dalla sorgente un atomo del materiale. L'energia di attivazione è di 2-3 eV per i materiali a basso punto di fusione e diventa due tre volte maggiore per i materiali refrattari.
 
Il problema principale in questo processo è costituito dai gas residui. In un tipico materiale solido un singolo strato di atomi (monolayer) è fatto da circa 10<sup>15</sup> Atomi/cm<sup>2</sup>. Per avere una idea dalla [[w:Teoria_cinetica_dei_gas|teoria cinetica dei gas]] ad una pressione parziale di 7.5x10<sup>-4</sup> Pa ( 10<sup>-4</sup> mtorr, Alto vuoto) il numero di atomi che bombardano un cm<sup>2</sup> di superficesuperficie in un secondo sono circa 3.8x10<sup>13</sup>. Quindi ogni atomo della superficesuperficie ogni 22 secondi viene bombardato da un atomo di gas residuo, che se è un gas reattivo, come l'ossigeno, si può combinare con lo stato sottostante. Quindi la velocità del film deve competere con tale processo per evitare contaminazione da parte dei gas residui. Ovviamente i processi chimici tra i gas residui ed i materiali da evaporare determinano il grado di contaminazione. Alcune sostanze come i metalli nobili, non vengono ossidati, e quindi possono essere evaporati con vuoti meno spinti. Altre metalli si ossidano facilmente e in questo caso il vuoto residuo deve essere di ottima qualità per avere film affidabili.
 
La temperatura a cui bisogna portare il materiale da evaporare dipende dal suo diagramma di fase,
<math>F_s\propto \frac {F\times S\times \cos(\theta)}{d^2}\ </math>
 
Dove <math>S\ </math> è la superficesuperficie della sorgente, <math>F\ </math> flusso uscente dalla sorgente, <math>\theta\ </math> è l'angolo tra la normale alla sorgente e il vettore radiale congiungente la sorgente e il substrato, <math>d\ </math> la distanza tra sorgente e substrato.
 
La deposizione non è quindi sferica, la deposizione è massima nella direzione normale alla sorgente di evaporazione cioè per <math>\theta=0\ </math>. Date le condizioni di vuoto è estremamente improbabile che il materiale che esce dalla sorgente urti una molecola di gas prima si arrivare sul substrato, per cui i materiali che si depositano hanno una traiettoria rettilinea.
Il materiale non forma ombre come con altre tecnice. In alcuni casi è un qualcosa di utile, in altri questo è un problema in quanto scalini ripidi di materiali sottostanti non vengono ricoperti, e quindi ogni film successivo per ricoprire con successo gli strati sottostanti deve avere uno spessore superiore ad essi. Spesso per rendere la deposizione conforme (cioè ricoprente l'angolo <math>\theta\ne 0\ </math> ed il substrato (substrati) vengono fatto ruotare con un sistema planetario.
 
L'evaporazione è una tecnica veloce si possono facilemente depositare anche 500 nm di Al al minuto; è di facile realizzazione; l'energia di impatto degli atomi sul substrato è molto bassa (minore di 0.1 eV), questo comporta che non vi è danneggiamento della superficesuperficie del substrato, in realtà con il cannone elettronico il danneggiamento degli strati sottostanti può avvenire a a causa dei raggi UV e X presenti (non degli atomi che urtano la superficesuperficie). Se si usano opportune condizioni sperimentali (basso vuoto residuo, materiali di partenza puri, crogioli di buona qualità...) si riescono ad ottenere film di estrema purezza e struttura conosciuta. Infatti quando la purezza del materiale è un fattore determinante nelle proprietà del dispositivo questa è la tecnica preferita. Ad esempio nei sensori elettrochimici in cui l'attività elettrocatalitica del monolayer superiore dell'elettrodo sensore è un elemento essenziale la purezza dei materiali ottenuti mediante evaporazione termica è la più utilizzata.
Nei sensori chimici la purezza della superficesuperficie del film è più importante delle proprietà volumetriche quali la resistività che spesso viene utilizzata per caratterizzare i film.
Infatti normalmente i film vengono caratterizzati dalla loro resistività: un film
è di buona qualità se la sua resistività è simile a quella del materiale non in forma di film.
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