펄스 레이저 증착: 실험실에서 Fab까지
PLD는 고급 배터리 연구부터 초전도 테이프의 대량 생산에 이르기까지 모든 종류의 박막을 화학양론적으로 생산하기 위해 강력한 엑시머 레이저를 사용합니다.
2023년 1월 25일 작성자: 일관적인
전자, 광학 및 광자 응용 분야(예: 열 증발, 반응성 스퍼터링, 화학 기상 증착)를 위한 다양한 유형의 박막을 생산하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 그러나 최근에는펄스 레이저 증착(PLD)순전히 실험실 연구 도구에서 이제는 대량 제작도 지원하는 기술로 전환하면서 많은 신흥 박막 응용 분야에서 선택되는 기술이 되었습니다. PLD의 작동 방식, 주요 장점, 몇 가지 흥미로운 응용 분야를 살펴보겠습니다.
PLD에서는 타겟이라고 불리는 얇은 물질의 고체 덩어리가 필름이 증착될 기판에 가까운 진공 챔버 내부에 배치됩니다. 그런 다음 재료 특성에 따라 193nm, 248nm 또는 308nm에서 작동하는 고에너지 자외선 엑시머의 펄스를 대상에 조사합니다. 의 높은 영향력엑시머 레이저펄스는 높은 이온화도와 높은 운동 에너지를 갖는 원자종을 생성합니다. 이 원자는 기판에 증착되어 천천히 재료 필름을 형성합니다.
화학양론적 결과
화학양론은 물질에 포함된 서로 다른 원자의 비율을 나타내는 화학 용어입니다. 예를 들어, 에틸렌의 화학양론은 수소와 탄소의 비율이 2:1입니다. 흑연과 같은 원소 타겟 물질(즉, 탄소 원자만)을 PLD에 사용하는 경우 다른 가능성이 없기 때문에 필름은 항상 타겟과 동일한 조성을 갖게 됩니다.
그러나 많은 중요한 새로운 필름 유형은 매우 복잡한 화학량론을 가지고 있습니다. 대표적인 예로는 차세대 태양광을 포함한 새로운 광소자에 사용되는 고온 초전도체(HTS)와 페로브스카이트 소재가 있습니다. 문제는 타겟에서 물질을 기화시키고 모든 원자를 원래 타겟 형태와 동일한 비율, 즉 동일한 화학량론으로 기판에 증착하는 것입니다. 이 공정을 화학량론적 증착이라고 하며 필름을 화학량론적 필름이라고 합니다.
화학양론적 PLD는 타겟과 동일한 구성으로 필름을 생성합니다.
엑시머 레이저를 사용하는 PLD의 주요 장점 중 하나는 공정이 적절하게 최적화될 때 극도로 화학양론적인 필름을 생산할 수 있다는 것입니다. 다양한 재료로 이를 수행할 수 있는 능력은 두 개 이상의 재료가 교대로 층을 이루는 고급 장치에서 더욱 중요합니다. 대조적으로, 몇몇 다른 증착 공정은 이와 관련하여 어려움을 겪는 경우가 많습니다. 특히 물질에 질량과 화학적 특성이 매우 다른 원자의 혼합이 포함되어 있는 경우 더욱 그렇습니다.
올바른 엑시머 레이저
성공적인 PLD를 위해서는 세 가지 레이저 매개변수가 매우 중요합니다. 여기서 성공은 균일한 두께와 올바른 화학량론을 갖춘 고밀도 필름의 높은 수율로 정의됩니다.
첫 번째는 하이빔 균일성입니다. 균일한 빔 강도를 통해 동일한 최적화된 플루언스에서 대상의 더 넓은 영역을 절제할 수 있습니다. 빔 핫스팟이나 약한 스팟은 이러한 최적화를 손상시키고 필름 품질과 균일성을 감소시킬 수 있습니다. 같은 이유로 PLD에는 펄스 간 안정성이 우수한 엑시머 레이저가 필요합니다. 마지막으로 PLD에는 생산 라인에서 공정의 볼륨 확장을 가능하게 하기 위해 높은 펄스 에너지와 높은 전력을 갖춘 엑시머가 필요합니다.
그바카라 카지노 COMPex 엑시머 시리즈다음을 위한 최고의 선택입니다PLD 애플리케이션이러한 요구 사항을 모두 충족하기 때문입니다. 최대 750mJ의 펄스 에너지와 30W 이상의 출력을 갖춘 이 레이저는 0.75%, rms의 탁월한 펄스 안정성을 제공하여 높은 플루언스 제어를 보장합니다.
그럼 PLD는 어디에 사용되나요?
고온 초전도 테이프
희토류 바륨 구리 산화물(REBCO)의 PLD 증착 초전도층을 포함하는 다층 고온 초전도(HTS) 테이프는 융합, MRI 및 입자 가속기뿐만 아니라 저손실 전력망 구성 요소를 위한 차세대 자석의 핵심 요소입니다. 엑시머 레이저 기반 PLD만이 실제 산업 응용 분야에 적용할 수 있는 HTS 필름을 제공할 수 있는 것으로 입증되었습니다.
무선 주파수 피에조 필터
압전 알루미늄 질화물(AlN) 박막을 기반으로 한 고주파(RF) 필터는 이동 통신 인프라에 널리 사용됩니다. 5G 및 차세대 Wi-Fi 표준은 정확한 도펀트 농도를 갖춘 더 얇고 압전 활성이 높은 결정질 박막에 의존합니다. PLD 방법은 기존 스퍼터 증착 공정보다 훨씬 저렴한 비용으로 우수한 RF 박막을 생산합니다. 5G 및 6G 시대에 대비하여 균일한 RF 특성을 갖춘 고도로 정렬된 박막을 생성합니다.
다이아몬드 같은 탄소층
마모 계수가 매우 낮고 기계적으로 안정적인 DLC(다이아몬드 유사 탄소) 코팅은 응력이 심한 도구 및 부품을 비용 효율적으로 사용하는 데 핵심입니다. 엑시머 레이저는 저온 PLD 공정에서 수소가 없는 DLC 층을 증착하고 엑시머 레이저 어닐링과 결합할 때 다양한 재료에 매우 우수한 접착력을 보장합니다.
박막 웨이퍼
박막 제조는 MEMS, 반도체, 광전지, OLED 디스플레이 및 RF 프런트 엔드 필터와 같은 다양한 웨이퍼 기반 시장에 적용됩니다. 최대 300mm 크기의 산업 웨이퍼에 대한 성숙한 PLD 공정을 통해 시스템 공급업체는 스퍼터링, 원자층 증착 또는 화학 기상 증착과 같은 기존 방법을 뛰어넘어 역량과 필름 복잡성/기능을 확장할 수 있습니다.
고체 박막 배터리
고체 전해질 기반 배터리 셀은 성장하는 e-모빌리티 시장을 위한 확장된 범위와 빠른 충전 기능을 약속합니다. PLD는 조정 가능한 밀도와 화학양론은 물론 나노미터 범위의 두께 정밀도를 갖춘 양극 및 음극 재료를 포함한 최첨단 이온 전도성 고체 전해질의 성장을 가능하게 합니다.
투명 전도성 산화물
할로겐화물 페로브스카이트 광전지와 같은 다양한 유형의 태양전지에서 주요 과제 중 하나는 민감한 유기층 위에 투명 전도성 전극을 증착하는 것입니다. 웨이퍼 기반 PLD를 사용하면 버퍼가 없는 반투명 페로브스카이트 태양전지용 고품질 투명 전극을 제작할 수 있습니다.
