تجمع نانوذرات، دلیل مشکلات لایه‌نشانی در روش اسپاترینگ

دانشمندان با استفاده از اسپاترینگ موفق به حل یکی از معماهای قدیمی در فرایند رسوب شدند. مدت‌ها منشأ ایجاد ترک و جدا شدن لایه به‌صورت رازی بود که مطالعات اخیر نشان داد که دلیل این مشکل تشکیل کلونی از ذرات است. در واقع نانوذرات در طول فرایند به یکدیگر چسبیده، ذرات درشتی را ایجاد می‌کنند که منشأ این مشکل است.

دانشمندان با استفاده از اسپاترینگ موفق به حل یکی از معماهای قدیمی در فرایند رسوب
شدند. مدت‌ها منشأ ایجاد ترک و جدا شدن لایه به‌صورت رازی بود که مطالعات اخیر نشان
داد که دلیل این مشکل تشکیل کلونی از ذرات است. در واقع نانوذرات در طول فرایند به
یکدیگر چسبیده، ذرات درشتی را ایجاد می‌کنند که منشأ این مشکل است.

رسوب اسپاترینگ یک فرایند لایه‌نشانی است که از دهه‌ی ۱۹۷۰ به‌منظور ایجاد پوشش
استفاده می‌شده و امروزه از آن در کاربرد‌های مختلفی نظیر تهیه‌ی دی‌وی‌دی‌ها
استفاده می‌شود. در این فرایند یک مخزن پر از گاز بی‌اثری نظیر آرگون مورد استفاده
قرار می‌گیرد، سپس ولتاژی روی یک آهن‌ربا اعمال می‌شود که موجب انرژی گرفتن اتم‌های
آرگون می‌شود. این کار باعث می‌گردد که اتم‌های آرگون ذرات تنگستن را کنده، در
اتمسفر مخزن رها کند. برخی از ذرات تنگستن موجود در مخزن با نشستن روی بستر مورد
نظر، فیلم نازکی را تشکیل می‌دهند و گاهی لایه‌ی ایجادشده ترک خورده و یا از سطح
مورد نظر جدا می‌شود. دلیل این امر برای دهه‌ها به‌صورت رازی باقی مانده بود.

تحقیقات جدید دانشگاه ورمونت و آزمایشگاه ملی آرگونه نشان می‌دهد که در طول فرایند
اسپاترینگ، نانوذرات به یکدیگر چسبیده، موجب چنین مشکلی می‌شوند. آنها با دستگاه
اشعه‌ی ایکسِ پرقدرت، ذرات تنگستن را اندازه گرفتند و در نهایت تعجب دیدند که با
افزایش فشار گاز آرگون از یک حد بحرانی، اندازه‌ی ذرات به‌طور ناگهانی افزایش می‌یابد.
در واقع به جای یک یا چند اتم آنها شاهد صدها اتم بودند که دانشمندان آن را تجمع
نانوذرات نام‌گذاری کردند. این نانوذرات به هم چسبیده و جوش می‌خورند که این امر به‌دلیل
از بین رفتن فضای خالی موجود میان ذرات منجر به سفتی پوشش و آسیب‌دیدگی آن می‌شود،
همچنین این مسئله باعث می‌گردد که استفاده از پوشش در ویفرهای الکترونیکی ناممکن
شود و یا برای به‌کارگیری در لنزها دشواری‌هایی را ایجاد می‌کند.

الماکراندر، فیزیک‌دان آزمایشگاه ملی آرگونه، می‌گوید:«کسی فکرش را هم نمی‌کرد که
در فاز گازی چنین ذرات بزرگی تشکیل شوند؛ اما به‌دلیل سرعت و انرژی بالای این ذرات،
آنها با یکدیگر برخورد کرده، به هم می‌چسبند. هرچند دمای مخزن در حدود ۱۰ هزار درجه
است؛ اما حرکت آنها از میان اتمسفر گازی موجب خنک شدن نسبی آن شده و در نهایت منجر
به چسبیدن ذرات به یکدیگر می‌شود.