1. Charakterystyczne właściwości cienkich warstw
Z fizycznego punktu widzenia warstwa materiału naniesiona na dowolne
podłoże jest ,,cienka", jeśli jej właściwości zależą od grubości.
Przykładami takich właściwości są:
1) rezystancja warstwy,
2) absorpcja i transmisja promieniowania elektromagnetycznego,
3) zmiany rezystancji warstwy towarzyszące sorpcji i desorpcji
cząsteczek gazów,
4) duża wytrzymałoś zmęczeniowa cienkich warstw umożliwiająca
pokrywanie podłoży elastycznych takimi materiałami, jak np.
magnetyczne nośniki informacji,
5) specyficzne właściwości wybranych materiałów spełniających rolę
powłok odpornych na działanie czynników chemicznych i mechanicznych,
powłok dekoracyjnych i selektywnie odbijających promieniowanie.
2. Przemysłowe urządzenia technologiczne do nanoszenia warstw
W przemysłowych, nieelektronicznych zastosowaniach przydatne są metody nanoszenia warstw, w których źródła atomów mają liniowe wymiary porównywalne z wymiarami pokrywanych podłoży. Do takich metod należy technika jonowego rozpylania ze wspomaganiem pierścieniowo-szczelinowym polem magnetycznym oraz technika łukowa. W opisanych przykładach przedstawione są przemysłowe instalacje wykorzystujące powyższe metody nanoszenia warstw.
2.1. Urządzenie do nanoszenia przezroczystych warstw grzewczych na szybach w sprzęcie komunikacyjnym naziemnym i lotniczym
Wykorzystano tu metodę stałoprądowego, reaktywnego jonowego rozpylania tarczy stopowej 90% In + 10% Sn w atmosferze Ar + O2. W wyniku rozpylania tarczy w reaktywnej atmosferze Ar + O2 na powierzchni tafli szklanej osadzana jest warstwa In2O3:Sn (ITO) o rezystancji powierzchniowej 15 - 200 W/? i transmisji światła do 80%, zależnie od szczegółowych warunków technologicznych późniejszej obróbki cieplnej. Płyty szklane z takimi warstwami wykorzystywane są w sprzęcie lotniczym, elektromaszynowym i in. [1].
2.2. Linia technologiczna do nanoszenia warstw metodą rozpylania magnetronowego na wielkoformatowe powierzchnie
Zastosowano system pięciokomorowy ze śluzami między komorami, co umożliwia transport kaset z taflami szklanymi w układzie powietrze-próżnia-powietrze. W środkowej komorze technologicznej zainstalowane są trzy zespoły magnetronowe zasilane niezależnie, co pozwala na nanoszenie powłok trójwarstwowych. Uproszczony schemat linii przedstawiony jest na rys. 1. Produkowane są na tej linii zwierciadła z różnymi powłokami metalicznymi (Al, Ti, NiCr, Cu i in.), zwierciadła półprzepuszczalne, warstwy odbiciowe do zastosowańarchitektonicznych, warstwy dekoracyjne itp. Linia jest sterowana mikroprocesorowo [2].
Rys. 1. Schemat 5-komorowej instalacji do nanoszenia warstw na wielkoformatowe powierzchnie.
2.3. Urządzenia technologiczne do nanoszenia warstw dekoracyjnych metodą łukową
Urządzenie przeznaczone jest do nanoszenia warstw metali i związków (Ti, TiO2, TiN, NiCr) na przestrzenne detale o dużych wymiarach, wykonane z tworzyw syntetycznych lub szkła. Zastosowano źródło (katodę) słupowe, umieszczone centralnie w komorze próżniowej (rys. 2). Metoda łukowa nanoszenia warstw należy do technik rozwijanych w ostatnich latach szczególnie do zastosowańnieelektronicznych, z uwagi na charakterystyczną dużą energię (do 100 eV) jonów materiału katody docierających do podłoża [3].
Rys. 2. Schemat instalacji do nanoszenia warstw metodą łukową z katodą słupową.
3. Cienkie warstwy w technice sensorowej
Dzięki dużej roli, jaką odgrywa powierzchnia w cienkiej warstwie, wytwarza się obecnie m.in. cienkowarstwowe sensory czułe na otaczającą atmosferę gazową. Jako warstwy gazoczułe stosuje się głównie tlenki cyny, a ponadto tlenki takich metali, jak ind, cynk, tytan, wolfram, żelazo. Znane są również niekorzystne właściwości tych tlenków w odniesieniu do detekcji gazów, głównie brak selektywności i stabilności długoczasowej. W praktyce niedogodności te próbuje się pokonywa optymalizując proces technologiczny wytwarzania warstw.
Skuteczną metodą rozwiązywania problemu selektywności jest również użycie matrycy sensorów [4]. Sygnały z matrycy poddaje się dalszej obróbce za pomocą algorytmów typu ,,rozpoznawanie obrazów'' (pattern recognition) i ,,analiza wieloskładnikowa". Bardzo skuteczne okazało się w tym przypadku zastosowanie sieci neuronowych i innych inteligentnych metod obróbki sygnału opartych np. na logice rozmytej. Wytworzenie takiej matrycy na membranie krzemowej umożliwia dodatkowo badanie odpowiedzi wybranego sensora z wykorzystaniem modulacji jego temperatury (rys. 3).
Rys. 3. Matryca cienkowarstwowych czujników gazów na membranie krzemowej.
4. Podsumowanie
Technika cienkowarstwowa umożliwia modyfikację powierzchni różnych materiałów, zwiększając ich odpornoś mechaniczną, chemiczną i podwyższając walory estetyczne. Technika ta pozwala otrzymywa materiały o rozlicznych zastosowaniach - od układów elektronicznych do materiałów budowlanych.
Literatura
[1] E. Leja, T. Pisarkiewicz, T. Stapiński, ,,Sposób wytwarzania
przezroczystych dla światła elementów grzejnych na powierzchniach
szklanych lub ceramicznych'', Pat. PRL nr 141726 (1988).}
[2] E. Leja, K. Marszałek, ,,Przemysłowa linia potokowa do metalizacji
próżniowej'', Mat. Konf. XIX ISHM - Poland Chapter, Porąbka-Kozubnik,
17 - 20 Sept. 1995, s. 52.
[3] E. Leja, K. Marszałek, T. Pisarkiewicz, Inżynieria
Materiałowa 4, 257 (1998).
[4] T. Pisarkiewicz, ,,Matryce sensorów w analizie gazów'', Materiały
Szkoły Czujników, V Konf. Naukowa COE '98, Jurata 10 - 13 maja
1998, s. 109.