なぜクロム (Cr) が薄膜蒸着の接着層として使用されるのですか?

金 (Au) および銅 (Cu) フィルムは、ガラス、石英、またはシリコン上に直接蒸着すると、接着力が不十分になることがよくあります。したがって、接着とコーティングの信頼性を向上させるために、薄いクロム (Cr) 接着層が最初に堆積されるのが一般的です。

では、なぜこれほど薄い層でこれほどの違いが生じるのでしょうか?

金や銅の皮膜が剥がれやすいのはなぜですか?

ガラス、石英、シリコンの表面は化学的に安定しているため、多くの金属はこれらの基板と強い結合を形成することが困難です。金や銅をこれらの材料上に直接蒸着すると、膜は強い化学結合ではなく主に界面での弱い物理的相互作用に依存することがよくあります。その結果、熱サイクル、ダイシング、パッケージング、またはその他の成膜後のプロセス中に、コーティングが剥がれたり、ひび割れたり、剥離したりする可能性があります。-

その違いは金属自体の性質によるものです。

• 金は、酸素に対する親和性が非常に低い、非常に不活性な貴金属です。金原子は、ガラスやシリコンの酸化物-が豊富な表面と結合する代わりに、互いに結合する傾向があります。これにより、堆積膜と基板の間の接着力が制限されます。
• 銅 は金よりも化学的に活性ですが、一般的な堆積条件下ではガラスまたは酸化シリコンと比較的弱い界面結合を形成します。このため、銅膜を酸化物-ベースの基板上に堆積させる場合、接着層が必要になることがよくあります。

これが、クロムが接着層として広く使用されている理由です。基材と機能性金属フィルムの間に位置することで、より安定した界面が形成され、コーティングの密着性が大幅に向上します。

クロムはどのようにして接着力を向上させますか?

クロムは接着層としてよく説明されますが、従来の接着剤のようには機能しません。その代わりに、基材と機能性金属フィルムの間により安定した界面が形成され、コーティングがより確実に結合することが可能になります。

• 基板への接着

クロムは、金や銅などの金属よりも化学反応性が高くなります。堆積中、ガラス、酸化ケイ素、および多くのセラミック基板の表面上の酸素と容易に相互作用し、薄い酸化クロム (Cr2O3) 界面層を形成します。この層はコーティングと基材の間の結合を強化し、上に堆積される層に安定した基盤を提供します。

• 機能性金属との接合

クロムは、基材との良好な結合に加えて、金、銅、ニッケルなどの金属との安定した界面も形成します。その結果、一般的な薄膜構造は次の 3 つの層で構成されます。-

基板 → クロム密着層 → 機能性金属膜

クロム層は基材と機能性コーティングの間の移行層として機能し、フィルムシステム全体の密着性を向上させます。

• 薄くても効果的

クロム接着層は通常、5～20nm厚い。厚さが薄いにもかかわらず、金属フィルムの導電性、光学特性、またはその他の機能特性に顕著な影響を与えることなく、コーティングの密着性を大幅に向上させることができます。これが、クロムが薄膜堆積において最も広く使用されている接着層材料の 1 つである理由の 1 つです。{2}

クロムは接着層としてどこに使用されますか?

クロムは界面結合を改善する能力があるため、さまざまな業界の薄膜堆積に広く使用されています。{0}}典型的なアプリケーションには次のようなものがあります。

• ガラス基板上の金膜
• シリコンウェーハ上の銅配線
• 光学コーティングおよび反射フィルム
• MEMSデバイス
• 半導体メタライゼーション
• センサー電極
• OLEDおよびディスプレイ技術

ほとんどの薄膜アプリケーションでは、クロムは最終的な機能コーティングではなく、下層として機能します。-

クロムは真空蒸着でどのように使用されますか?

熱蒸着や電子ビーム蒸着では、一般にクロムが薄膜蒸着の原料として供給されます。-蒸発システムとプロセス要件に応じて、ペレット、ピース、ロッドなどのいくつかの形状で入手できます。クロムペレット装填が簡単で安定した蒸発が得られるため、研究室および工業用コーティング システムで広く使用されています。

マグネトロンスパッタリングやその他の PVD ​​プロセスには、クロムが次のように供給されます。クロムスパッタリングターゲット。クロム材料の選択は、蒸着プロセスと装置によって異なります。

結論

クロム接着層の厚さはわずか数ナノメートルですが、コーティングの信頼性を向上させる上で重要な役割を果たします。半導体製造、光学コーティング、研究用途のいずれの場合でも、適切なクロム材料を選択することは、信頼性の高い薄膜性能を実現するために重要です。-