CVD e PECVD (entrambi disponibili nel nostro CX-30, CX-300 e CX-600. I sistemi di deposizione sono processi continui: il precursore entra nel reattore, il film cresce e lo spessore è determinato dal tempo di deposizione. Il processo di deposizione a strato atomico (ALD), sviluppato da Tuomo Suntola negli anni ’70, suddivide la crescita in due semireazioni che non avvengono mai contemporaneamente. I due precursori vengono immessi nel reattore a impulsi in modo alternato, separati da spurgo, e ciascuno di essi reagisce solo con la superficie lasciata dall’altro. Ciascuna semireazione si interrompe autonomamente una volta che la superficie è satura. La crescita procede quindi a incrementi fissi, un ciclo alla volta, e lo spessore finale è semplicemente il numero di cicli moltiplicato per la crescita per ciclo.
L'esempio più comune è l'Al₂O₃ ottenuto dalla sintesi di trimetilalluminio (TMA) e acqua.
Primo impulso: TMA. Il vapore di TMA reagisce con i gruppi idrossilici (–OH) presenti sulla superficie. L’alluminio si lega all’ossigeno superficiale e, come sottoprodotto, viene rilasciato metano. Il TMA non reagisce con se stesso, quindi, una volta che tutti i siti –OH accessibili sono occupati, l’adsorbimento si arresta. Un’esposizione più prolungata non modifica in alcun modo la situazione. Ciò che rimane è esattamente uno strato chemisorbito su ogni superficie raggiunta dal gas.
Prima epurazione. Il gas inerte (N₂ o Ar) rimuove il TMA non reagito e il metano. Grazie a questo processo di spurgo, i due precursori non entrano mai in contatto in fase gassosa. È proprio da questo che derivano la purezza dei film ALD e la loro assenza di particelle.
Secondo impulso: acqua. Il vapore acqueo reagisce con i gruppi metilici delle specie di alluminio adsorbite, formando legami Al–O e lasciando una nuova superficie terminante con gruppi idrossilici, chimicamente identica alla superficie iniziale ma più alta di uno strato atomico. Anche questa semireazione è autolimitante; una volta che tutti i gruppi metilici sono stati convertiti, essa si arresta.
Seconda epurazione, e il ciclo può ricominciare.
Ogni ciclo aggiunge un incremento fisso di materiale, in genere compreso tra 0,1 e 0,3 Å a seconda della composizione chimica. Il valore è inferiore a un monostrato completo poiché i ligandi del precursore adsorbito sono ingombranti e bloccano parte dei siti superficiali. Ripetendo il ciclo n volte si ottiene un film con uno spessore pari a n volte la crescita per ciclo, il che rende il controllo dello spessore una questione di conteggio piuttosto che di tempistica.
Poiché è la saturazione, e non il flusso di gas, a determinare la quantità di materiale depositato per ciclo, ogni superficie raggiungibile dal gas riceve la stessa quantità. Scanalature, pori, rapporti di aspetto superiori a 100:1: purché i tempi di impulso e di spurgo diano al gas tempo sufficiente per diffondersi all’interno e all’esterno, la copertura a gradini rimane superiore a 95%, dove CVD e PVD falliscono completamente. L’uniformità dello spessore è migliore di ±1% su substrati di grandi dimensioni, e i livelli di impurità rimangono al di sotto di 0,1 at.% grazie alle semireazioni separate. L’ALD potenziata al plasma sostituisce l’acqua con un plasma di ossigeno come co-reagente e abbassa la temperatura di deposizione verso la temperatura ambiente, sufficientemente bassa per i polimeri. E poiché una ricetta è semplicemente una sequenza di impulsi, i nanolaminati e gli ossidi misti (Al₂O₃/TiO₂, HfSiO₄ e altri) si ottengono alternando cicli di diverse composizioni chimiche, senza alcuna modifica all’hardware.
Nei multistrati barriera, gli strati di ossido depositati tramite ALD svolgono lo stesso ruolo del SiO₂ ottenuto con PECVD, isolando i difetti e alleviando le tensioni tra gli strati intermedi di parilene, ma partono da una densità intrinseca di difetti molto più bassa. Sono sufficienti poche decine di nanometri per strato di ossido e gli stack risultanti raggiungono tassi di trasmissione del vapore acqueo dell’ordine di 10⁻⁵ g/m²·giorno, di diversi ordini di grandezza inferiori a quelli di qualsiasi polimero e di circa due ordini di grandezza inferiori a quelli dei multistrati basati su PECVD.
COAT-X ha sviluppato il processo di deposizione a strati atomici (ALD) a bassa temperatura, combinato con film sottili di parilene prodotti mediante deposizione chimica da vapore, creando uno strato barriera ad alte prestazioni con un tasso di trasmissione del vapore acqueo estremamente basso. COAT-X offre la deposizione a strati atomici come servizio di rivestimento con CX ULTIMA e come sistema di deposizione con il Cluster CXC-20 ALD/Parylene.
