Dünnfilmspannung bezieht sich auf eine Reihe von strukturellen Unvollkommenheiten, die zum Abbau oder zum Versagen von mikroskopischen Schichten aus optischem oder leitfähigem Material führen. Es können eine Reihe von Problemen auftreten, wenn Folie nicht ordnungsgemäß hergestellt oder auf ein Produkt aufgebracht wird. Bei Schichten, die manchmal nur wenige Atome dick sind, können ungeplante Wechselwirkungen zwischen Materialien einen starken Einfluss auf die Leistung der Folie haben. Angesichts dieser vielen Einflüsse können mehrere Hauptarten von Dünnschichtspannungen auftreten. Dazu gehören epitaktische Spannungen, thermische Spannungen und Wachstumsspannungen sowie andere Verformungsprozesse.
Die Einführung der Dünnschichttechnologie stellt eine Herausforderung für die Entwicklung von Herstellungs- und Abscheidungsprozessen dar, um ein breites Produktsortiment unterzubringen. Haushalts- und wissenschaftliche Technologien verlassen sich für eine Vielzahl von Lichtwellenlängenanwendungen auf Dünnschicht, wie beispielsweise in den optischen Komponenten in Kopierern, Scannern und Dünnschicht-Solarmodulen. Produkte können auch von Verbesserungen des Dünnschichtmaterials profitieren, wie z. B. Kratz- oder Schlagfestigkeit. Dünnfilm manipuliert Wellenlängen- und Leitfähigkeitseigenschaften und erweitert die Fähigkeiten zahlreicher Technologien. Seine vielfältigen Herausforderungen bei der Herstellung und Abscheidung bieten ein bewegliches Ziel für Innovation und Verfeinerung.
Dünnschichtspannungen resultieren unter anderem aus Abscheidungsproblemen, thermischen Prozessen und Lasertechnologien. Im Allgemeinen werden Dünnfilme unter Verwendung von Verfahren hergestellt, die einzigartige Eigenschaften, Stärken und Mängel aufweisen. Der Film kann Risse oder Hohlräume aufweisen und sich manchmal vom Trägermedium abheben, während andere Prozesse Eigenschaften wie Feuchtigkeits- oder Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigen können.
Epitaxiale Dünnschichtspannungen treten auf, wenn Kristallgitter in einer Schicht perfekt an denen im Substrat oder Trägermaterial ausgerichtet sind. Eine Fehlanpassungsspannung ergibt sich, wenn der Film und das Material ein Einkristall werden. Thermische Spannungen entstehen durch Temperaturunterschiede unter dem Einfluss der Wärmeausdehnung. Diese Art von Belastung tritt häufig bei Geräten auf, die Temperaturschwankungen oder extremen Temperaturen ausgesetzt sind.
Wachstumsdünnschichtspannung, auch als intrinsische Spannung bekannt, verformt sich durch Inkonsistenzen während des Abscheidungsprozesses. Spannungen treten typischerweise auf, wenn die Filmdicke ungleichmäßig geschichtet wurde. Durch Druck-, Zug- oder Relaxationsunterschiede in der Koaleszenz von Kristallen können verschiedene Zustände auftreten.
Eine andere Art von Dünnfilmspannung ist als Oberflächenspannung bekannt. Sie tritt während der Abscheidung als Krafteinheit pro Längeneinheit auf. Dieser Typ steht im Gegensatz zur Oberflächenenergie, bei der es sich um das Gleichgewicht der Temperatur oder chemischen Reaktion auf einer Flächeneinheit handelt. Korngrenzen können Spannungen erzeugen, da Kristalle eine begrenzte Flexibilität in ihren Wechselwirkungen aufweisen.
Als Folge von Dünnfilmspannungen können Effekte im Allgemeinen die Leistung des Dünnfilms verändern und ihn über seinen Oberflächenbereich inkonsistent verformen. Es ist wichtig, die gewünschten Spannungsschwankungen innerhalb der gegebenen Temperatur- oder Materialeigenschaften eines dünnen Films zu verstehen und zu erzeugen. Solche Faktoren wirken zusammen mit anderen Regelprozessen wie Temperaturen und Gasflüssen, um Zielgenauigkeiten in der Dünnschichtproduktion zu erreichen. Das Ausbalancieren dieser Prozesse kann destruktive Interferenzen minimieren und die Leistung dieser mikroskopischen Technologie optimieren.