La deposizione di film sottile è una tecnica utilizzata nell’industria per applicare un rivestimento sottile a una particolare parte di design realizzata con un materiale target e per infondere alla sua superficie determinate proprietà. I rivestimenti a film sottile vengono applicati per modificare le proprietà ottiche del vetro, le proprietà corrosive dei metalli e le proprietà elettriche dei semiconduttori. Vengono impiegate diverse tecniche di deposizione, solitamente per aggiungere atomi o molecole, uno strato alla volta, a una vasta gamma di materiali privi delle proprietà superficiali essenziali fornite dai rivestimenti sottili. Qualsiasi progetto per il quale è richiesto un rivestimento di volume e peso minimi può trarre vantaggio dalla deposizione di film sottile che espone un materiale target a un ambiente energizzato di liquido, gas o plasma.
I primi rivestimenti in metallo grezzo sono stati utilizzati nel primo millennio per migliorare le proprietà riflettenti del vetro per specchi. Il 1600 vide lo sviluppo di tecniche di rivestimento più raffinate da parte dei vetrai veneziani. Solo nel 1800 esistevano metodi di precisione per l’applicazione di rivestimenti sottili, come la galvanica e la deposizione sotto vuoto.
La galvanica è una forma di deposizione chimica in cui la parte da rivestire è attaccata a un elettrodo e immersa in una soluzione conduttiva di ioni metallici. Quando una corrente attraversa la soluzione, gli ioni vengono attirati sulla superficie di una parte per creare lentamente un sottile strato di metallo. Le soluzioni semisolide chiamate sol-gel sono un altro mezzo di deposizione chimica di film sottili. Finché le particelle di rivestimento sono sufficientemente piccole, rimarranno in sospensione nel gel abbastanza a lungo da organizzarsi in strati e fornire un rivestimento uniforme quando la frazione liquida viene rimossa in una fase di essiccazione.
La deposizione da vapore è una tecnica per creare la deposizione di film sottile in cui una parte è rivestita in un gas o plasma energizzato, solitamente in un vuoto parziale. Nella camera del vuoto, atomi e molecole si diffondono uniformemente e creano un rivestimento di purezza e spessore costanti. Con la deposizione chimica da vapore, invece, il pezzo viene posto in una camera di reazione occupata dal rivestimento in forma gassosa. Il gas reagisce con il materiale target per creare lo spessore di rivestimento desiderato. Nella deposizione al plasma, il gas di rivestimento viene surriscaldato in una forma ionica che poi reagisce con la superficie atomica della parte, tipicamente a pressioni elevate.
Nella deposizione per polverizzazione , una fonte di materiale di rivestimento puro in forma solida viene energizzata dal calore o dal bombardamento di elettroni. Alcuni degli atomi della sorgente solida si staccano e sono sospesi uniformemente attorno alla superficie della parte in un gas inerte, come l’argon. Questo tipo di deposizione di film sottile è utile per visualizzare caratteristiche fini su piccole parti rivestite in oro con polverizzazione e osservate attraverso un microscopio elettronico. Nel rivestire la parte per uno studio successivo, gli atomi d’oro vengono rimossi da una fonte solida sopra la parte e cadono sulla sua superficie attraverso una camera piena di gas argon.
Le applicazioni della deposizione di film sottili sono diverse e si stanno espandendo. I rivestimenti ottici su lenti e lastre di vetro possono migliorare le proprietà di trasmissione, rifrazione e riflessione, producendo filtri ultravioletti (UV) negli occhiali da vista e vetri antiriflesso per le foto incorniciate. L’industria dei semiconduttori utilizza rivestimenti sottili per fornire una migliore conduttanza o isolamento per materiali come i wafer di silicio. I film sottili ceramici sono anticorrosivi, duri e isolanti; sebbene fragili alle basse temperature, sono stati utilizzati con successo in sensori, circuiti integrati e progetti più complessi. I film sottili possono essere depositati per formare strutture “intelligenti” ultra piccole come batterie, celle solari, sistemi di somministrazione di farmaci e persino computer quantistici.