محققانی از ژاپن با استفاده از روشی موسوم به HiPIMS، موفق به ساخت فیلم‌های لایه نازک با تنش بسیار کم شدند.
چگونه برای نسل جدید مدارهای الکتریکی، لایه‌نازک بدون تنش بسازیم؟
محققان دانشگاه توکیو متروپولیتن از پراکندگی تکانه‌ای مگنترون با فشار بالا (HiPIMS) برای ایجاد لایه‌های نازک تنگستن با تنش بسیار پایین استفاده کرده‌اند. با بهینه‌سازی این فرآیند، آن‌ها ناخالصی‌ها و نقص‌ها را به حداقل رساندند و فیلم‌های بلوری با تنش‌هایی در حد ۰٫۰۳ GPa ایجاد کردند؛ مشابه آنچه که از طریق بازپخت (آنیلینگ) به‌دست می‌آید. نتایج یافته‌های این گروه، مسیرهای تازه‌ای برای ایجاد فیلم‌های فلزی برای صنعت الکترونیک ایجاد کرده است.
تجهیزات الکترونیکی مدرن به لایه‌نشانی پیچیده و در مقیاس نانوفیلم‌های نازک فلزی روی سطح متکی هستند. تنش‌های فیلم ناشی از ساختار داخلی میکروسکوپی فیلم‌ها می‌تواند به مرور زمان استرس و انحنا ایجاد کند. رهایی از شر این فشارها معمولاً به گرم شدن یا بازپخت نیاز دارد. متأسفانه، بسیاری از بهترین فلزات، مانند تنگستن برای این کار دارای نقطه ذوب بالایی هستند، به این معنی که فیلم باید بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد گرم شود. این میزان گرمایش نه تنها زیاد است، بلکه مواد قابل استفاده به‌عنوان بستر را به شدت محدود می‌کند.
تیمی به سرپرستی تتسوهیدا شیمیزو دانشیار دانشگاه متروپولیتن توکیو با روشی که به‌عنوان پراکندگی مگنترون تکانه‌ای با قدرت بالا (HiPIMS) شناخته می‌شود، روی این موضوع کار می‌کنند. در حالت معمول، در این فرآیند با اعمال ولتاژ بالا روی یک هدف فلزی و یک بستر و ایجاد یک پلاسما از اتم‌های گاز باردار موجب می‌شود که هدف فلزی بمباران شده و یک بخار فلز باردار تشکیل شود. این یون‌های فلزی به طرف بستر پرواز می‌کنند و در آنجا یک فیلم تشکیل می‌دهند. در HiPIMS ولتاژ به‌صورت انفجارهای کوتاه و قدرتمند پالس رخ می‌دهد. علیرغم تلاش‌های فراوان، مسئله تنش پسماند همچنان باقی بود.
در این پروژه محققان با استفاده از گاز آرگون و یک هدف تنگستن، جزئیات بی‌سابقه‌ای از چگونگی رسیدن یون‌ها با انرژی‌های مختلف به زیرلایه را بررسی کردند. آن‌ها به جای استفاده از یک پالس بایاس هم‌زمان با پالس HiPIMS، از دانش خود، در مورد زمان ورود یون‌های مختلف استفاده کردند و تأخیری کم، ۶۰ میکرو ثانیه را برای ورود یون‌های فلزی با انرژی بالا به کار بردند. پژوهشگران این پروژه دریافتند که این کار، میزان گاز حاصل از فیلم را به حداقل می‌رساند و به‌طور موثر انرژی بالایی از جنبش را ایجاد می‌کند. نتیجه یک فیلم متبلور با دانه‌های بزرگ و تنش کم فیلم بود. با افزایش میزان بایاس، فیلم‌ها بدون استرس بیشتر می‌شوند. انتقال کارآمد انرژی به فیلم به این معنی بود که آن‌ها در حقیقت اثری مشابه آنیل شدن را در هنگام رسوب فیلم ایجاد می‌کنند.
