Тонкие плёнки

Тонкие плёнки () — тонкие слои материала, толщина которых находится в диапазоне от долей нанометра (моноатомного слоя) до нескольких микрон.

Описание 
Тонкие плёнки могут быть твёрдыми или жидкими (реже — газообразными). Состав, структура и свойства тонких плёнок могут отличаться от таковых для объемной фазы, из которой образовалась тонкая плёнка. К твёрдым тонким плёнкам относятся оксидные плёнки на поверхности металлов и искусственные плёночные покрытия, формируемые на различных материалах с целью создания приборов микроэлектроники, предотвращения коррозии, улучшения внешнего вида и т. п.

Жидкие тонкие плёнки разделяют газообразную дисперсную фазу в пенах и жидкие фазы в эмульсиях; образование устойчивых пен и эмульсий возможно только при наличии ПАВ в составе плёнок. Жидкие тонкие плёнки могут возникать самопроизвольно между зернами в поликристаллических твёрдых телах, если поверхностная энергия границы зерна превышает поверхностное натяжение на границе твёрдой и жидкой фаз более, чем вдвое (условие Гиббса–Смита). Газообразные тонкие плёнки с заметным временем жизни могут возникнуть между каплей и объемной жидкостью в условиях испарения.

Определение толщины тонких плёнок часто проводят методами, основанными на измерении интенсивности отражённого света, например, при помощи эллипсометрии; используют также электрические методы, основанные на определении ёмкости и проводимости тонких плёнок. Для изучения твердых тонких плёнок применяют электронную микроскопию, рентгеновскую спектроскопию и другие методы, разработанные для исследования поверхности твердых тел. Получение тонких плёнок и тонкопленочных покрытий лежит в основе ряда современных областей техники, прежде всего микроэлектроники.

Получение и свойства 
Нанесение тонких плёнок на подложку может осуществляться различными методами, наиболее часто используемые методы:
 химическое и плазмохимическое осаждение из газовой фазы,
 процессы вакуумного напыления, в том числе
 вакуумное термическое распыление
 магнетронное распыление
 вакуумно-дуговое нанесение
  
  

Объекты, имеющие столь малые размеры, в ряде случаев кардинально меняют свои свойства. Например, у столь малых объектов меняется температура плавления, степень переохлаждения и межплоскостное расстояние по сравнению с массивными объектами. Многие функциональные покрытия имеют ограничения по толщине, свыше которой теряют свои свойства либо разрушаются при нанесении.

Изменение свойств объясняется увеличением роли поверхности с уменьшением объекта, поскольку объём тела изменяется пропорционально кубу линейных размеров, а площадь поверхности — квадрату. Соответственно отношение S/V ведёт себя как 1/r. 
Благодаря этому силы поверхностного натяжения, которые в массивных образцах не играют существенной роли, в нанообъектах становятся существенными. А поскольку они действуют в приповерхностном слое, их действие можно уподобить приложению внешнего давления, которое, как известно, может изменить как температуру плавления, так и межплоскостные расстояния.

Применение 
Основное применение находят твёрдые тонкие плёнки, наносимые на поверхность различных объектов.

С тонкими плёнками связаны такие отрасли промышленности, как:
 металлообработка — на современный инструмент наносят различные функциональные покрытия, обеспечивающие его износостойкость, требуемые трибологические и другие свойства
 нанесение декоративных и защитных покрытий
 техника высокого вакуума
 микротехнология и  производство микроэлектронных устройств — основной метод получения функциональных слоёв
 оптика — получение просветляющих и отражающих покрытий

См. также 
 Виртуальный институт по нанопленкам (VINF)
 Плёнки Ленгмюра — Блоджетт

Примечания

Литература 
 Тонкие плёнки // Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская энциклопедия. С. 607–608.
 Комник, Ю. Ф. Физика металлических пленок : Размерные и структурные эффекты. — М. : Атомиздат, 1979. — 363 с.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Покрытия
Тонкие плёнки
Вакуум
Технологии электроники