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Tecniche fisiche di deposizione di film sottili

Tecniche fisiche di deposizione di film sottili

1.Introduzione

Depositare un film sottile (thin film) significa realizzare su una certa superficie uno strato di un certo materiale avente uno spessore al più di qualche micron. Oltre questo valore si parla di film spesso (thick film). Molte delle tecniche per ottenere ciò si basano su processi che avvengono «sotto vuoto», ma sarebbe meglio dire «a pressione molto inferiore a quella atmosferica».
Le principali tra queste sono:

  1. evaporazione termica
  2. evaporazione a fascio elettronico
  3. sputtering

con tutte le possibili varianti, alcun e delle quali verranno illustrate.
Ciò che accomuna queste tecniche è che si basano su trasformazioni di fase del materiale con cui si vuole realizzare lo strato che coinvolgono la fase vapore. Il materiale di partenza, in forma solida, deve essere «vaporizzato» e successivamente «condensato» su un substrato nella desiderata forma di film sottile. La fase intermedia è quella che, appunto, deve avvenire in ambiente a bassa pressione.
Nelle prime due tecniche l’atomizzazione del materiale si ottiene con mezzi termici (riscaldamento), nell’ultima meccanicamente, con un bombardamento da ioni gassosi energetici. I processi che avvengono in queste tecniche vengono complessivamente etichettati come «Deposizione Fisica da Vapore» (PVD) e sono distinti dalla «Deposizione Chimica da Vapore» (CVD), nella quale giocano un ruolo fondamentale le reazioni chimiche sia nella fase gassosa che sulla superficie del substrato.

2. Applicazioni

Con queste tecniche è possibile realizzare film sottili dei più disparati materiali, sia elementi che composti, per le più diverse applicazioni, da quelle meno sofisticate (metallizzazione di bigiotteria e trofei, ricopertura del filo delle lamette da barba, fogli decorativi, ricopertura di campioni per microscopia elettronica) a quelle più sofisticate (strati usati in microelettronica (contatti ohmici, resistori e conduttori, contatti a barriera Schottky), componenti ottiche ad alte prestazioni, rivestimenti protettivi, occhiali da sole a specchio, ecc.

3. […]

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Gettering and Ion Pumping

Gettering and Ion Pumping

Per gentile concessione di Varian S.p.a.

Tratto da : “High Vacuum Technology: A Practical Guide” di Mars Hablanian

Ultrahigh-vacuum techniques and system components have evolved together with special pumping methods uniquely adapted to the requirements of extreme cleanliness, bakeability, and pumping speed. The principal pumping mechanisms employed are chemical transformation, whereby gases are chemically combined into solid compounds having very low vapor pressure, and a method involving an ionization step that permits acceleration of the atoms or molecules in an electric field to drive the ions directly into a solid surface, where they remained captured.

1. GETTERING PUMPS

At high-vacuum conditions a surface can hold large quantities of gases compared to the amount of gas present in the space. This produces a pumping action either by physisorption or gettering, which refers to a chemical combination between the surface and the pumped gas. Many chemically active materials can be used for gettering. In vacuum systems the material commonly used as titanium because it is chemically reactive with most gases when it is deposited on a surface as a pure metallic film, but it is rather inert in bulk form because of the tenacious oxide film covering its surface.

To produce a pumping action, all that is needed is a source of titanium and a means of producing a fresh (unoxidized) layer preferably on a large surface. Various forms of heating can be used to deposit a titanium film by evaporation or sublimation. The fresh titanium, deposited on surfaces surrounding the source, forms stable, solid compounds with chemically active gas atoms or molecules that strike the surface. This capture process can be continuous if new layers al titanium are constantly produced.

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Quantitative Analysis in Mass Spectrometry: the Identification of N2 and CO with a Quadrupole

Quantitative Analysis in Mass Spectrometry: the Identification of N2 and CO with a Quadrupole

Abstract

Mass spectrometry is a method of analysis that permits to quantify the composition of gaseous mixtures. Nevertheless, a disadvantage of low resolution mass spectrometers, like most commercial type quadrupole instruments, is the difficulty to identify and to determine the gases and their partial pressures respectively because of spectral overlap (as an example  N2  and  CO  have the base peak at the same mass number 28).

A method for quantitative analysis is here presented; from the measured ion currents and the gas cracking patterns (that may be obtained by previous gas calibrations) the following procedures are executed: 1) identification of the gases which are present in the vacuum system; 2) determination of their partial pressures.

The method has been tested by known gaseous mixtures of  N2  and  CO  and using a quadrupole as analyzer. A computer program for quantitative analysis, which runs on personal computers, has been developed; it accesses to common in use spreadsheet softwares for data input and output.

Riassunto

La spettrometria di massa è un metodo di analisi che permette la identificazione e quantificazione della composizione di miscele gassose. Tuttavia, un grosso svantaggio nei spettrometri a bassa risoluzione, come gran parte dei quadrupoli in commercio, è la difficoltà di dedurre i gas presenti nel sistema e le loro pressioni parziali in quanto gli spettri caratteristici dei singoli gas presentano picchi sovrapposti (tipico esempio  N2  e  CO  entrambi con picchi fondamentali alla massa 28).

Un metodo di analisi quantitativa è qui presentato. Partendo dalle correnti ioniche misurate e dai rapporti di frammentazione dei singoli gas (che possono essere determinati da preliminari calibrazioni), vengono eseguite le seguenti procedure: 1) identificazione dei gas presenti nel sistema; 2) calcolo delle loro […]

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Design of a plasma torch for toxic waste treatments

Design of a plasma torch for toxic waste treatments

Introduction

One of the more pressing problems, from a technical and economic point of view, is the waste destruction; when stored or incinerated without precautions, they could become the cause of contamination of the water layers. of the atmosphere or of the ground. The storing in dumps is becoming more and more difficult and expensive. This situation increases the load of the conventional incinerators and makes the solution of these problems still more complex, especially respect to the efficiency of destruc tion of that type of molecules for which the destruction criteria. required from the laws, are becoming more and more rigorous.

Actual respects point out that around the 60% of the Special Toxic Wastes is constituted from muddies (with until 25% of suspended solid); the remaining part is constituted for around the 20.5% from liquid and for the 19.5% from solid. The aforesaid data reveal the need to arrange effective technologies and of low environmental impact for the recovery, treatment and destruc tion of toxic wastes that have diversified origins and physical states.

Between the novel technologies able to potentially answer these requisites, the plasma-arc process appears one of the most interesting. In fact, the recent development of industrial techniques based on the use of thermal plasmas makes the incineration more efficient through the attainment of more elevated temperatures and reactivity also in large volumes with low thermal ac tivity and high process flexibility.

The destruction process of organic toxic substances could be, besides, used both to the aim of pure energetic recovery of those typologies of substances, that give place to the final formation of hydrocarbon light fuels, and for the treatment of organic substances that can be […]