Depuneri de filme subțiri prin ablație laser pulsată

Keywords

depunere fizică din vapori, ablaţie laser pulsată, filme subţiri, materiale termoelectrice

Applications

Domenii de aplicabilitate: Filmele subțiri obținute prin PLD − metale, semiconductori, oxizi, materiale organice, polimeri, materiale hibride cu  componente organice şi anorganice − sunt utilizate în inginerie optică, optoelectronică, electronică, energie, aplicații magnetice, senzori sau biomedicină.

Sisteme: dispozitivele termoelectrice, celule solare, circuite electronice, senzori, tranzistoare, diode, acoperiri antireflex, acoperiri pentru protecție împotriva coroziunii.

Industrii: industria energetică, industria circuitelor electronice, industria sistemelor semiconductoare

Infrastructura

Sistemul de depunere de filme subțiri prin ablație laser pulsată este localizat în camera curată ISO-8 de clasă 100000 din cadrul Centrului de Cercetare şi Tehnologii Avansate pentru Energii Alternative CETATEA, INCDTIM Cluj-Napoca. Sistemul include:

1. cameră de depunere cilindrică de 16”

2. cameră de introducere probe şi ţinte (load-lock)

3. vid ridicat de până la 5 · 10-9 mbar realizat de un sistem de pompe de vid compus dintr-o pompă preliminară de 90 L/min şi o pompă turbomoleculară de 700 L/min

4. monitorizarea ratei de depunere în timp real printr-un sistem RHEED (Refraction High Energy Electron Diffraction) pentru operare in situ

5. carusel cu 5 porturi pentru ținte de 1” cu mișcări automate în toate cele trei direcții

6. modul de încălzire pentru temperaturi ale substratului de până la 1000ºC și mișcări automate ale substratului în toate cele trei direcții

7. laser Q-smart 850 mJ Nd:YAG, cu o lungime de undă în intervalul 670-2600 nm

8. laser cu excimer KrF cu lungime de undă 248 nm și energie 400 mJ

9. sistem de control al fluxului gazelor de proces, sistem de coacere (bake-out), electronică integrată și software pentru automatizarea proceselor de depunere

Aplicații uzuale - exemple

La nivel mondial filmele subțiri au fost asimilate rapid în industria semiconductorilor și în optoelectronică permițâand miniaturizarea circuitelor integrate, diodelor, tranzistorilor, LED-urilor. Azi le întâlnim și în industria optică integrate în lentile cu strat antireflex și cu rezistență mecanică. De asemenea preocupările sunt îndreptate spre designul celulelor solare cu eficiență ridicată precum și pentru acoperiri anticorosive/decorative a diverselor suprafețe. Echipele noastre de cercetare utilizează această metodă pentru dezvoltarea de noi aplicații tehnologice iar câteva exemple sunt redate mai jos:

Depunerea de filme subţiri cu proprietăţi termoelectrice ridicate

Am reuşit să depunem filme de tipul FeSi dopate cu Al 1% şi Co 1% și să controlăm concentrația de purtători de sarcină care contribuie la creșterea factorului de putere al materialului termoelectric. Aceste noi materiale au puncte de topire ridicate și stabilitate chimică și promit rezultate bune în generarea de energie termoelectrică.

Fabricarea joncțiunilor p-n din filme subțiri semiconductoare de calcogenuri ternare de cupru

Echipa noastră de cercetare a reușit să fabrice în premieră o joncțiune p-n din filme subțiri semiconductoare de calcogenuri ternare de cupru (Cu₃SbSe₃/Cu₃SbSe₄), iar obţinerea unei astfel de joncțiuni este un rezultat promiţător în vederea realizării pe viitor a unui modul termoelectric destinat recuperării energiei termice rezultate din diverse activități sau din surse nepoluante, cum ar fi energia solară.

Realizarea de termocuple pe bază de filme subţiri pentru generatoare termoelectrice spațiale

În prezent, cercetările noastre sunt îndreptate spre realizarea unui modul termoelectric pe bază de filme subțiri cu performanță înaltă destinat generației următoare de generatoare termoelectrice spațiale, prin îmbinarea în serie a două termocuple: primul termocuplu pe bază de filme subţiri de TiO₂ și Cu₂O, iar al doilea, din filme de FeSi dopat cu Al 1% și FeSi dopat cu Co 1%.

Benefits

Versatilitatea tehnicii PLD oferă o gamă largă de avantaje, din care putem puncta câteva, și anume:

√ Flexibilitate ridicată în alegerea parametrilor de depunere

√ Control precis al ratei de creștere și a grosimii straturilor depuse

√ Depunerea, sub formă de film subțire, a orcărui tip de material inclusiv materiale aflate în stări metastabile, imposibil de depus prin alte tehnici

√ Fabricarea straturilor mixte, datorită sistemului multi-țintă încorporat

√ Stoechiometria materialului este păstrată în transferul dintre țintă înspre substrat

√ depunerea are loc pe substraturi cu diametrul de până la 50 mm

√ depunerea poate avea loc atât în vid înaintat, cât și în atmosferă reactivă de oxigen

√ sursa de radiație este exterioară camerei de depunere

Fișa expertiză

Download pdf format

Costuri estimative

Prețul pentru depunerea straturilor subțiri prin ablație laser va conține prețul materialului din care se face depunerea și al substratului folosit, gazul de KrF folosit de laser, operațiunea de preparare a probelor, precum și timpul de utilizare al sistemului și manopera.