Ohutkalvon kasvatus

Ohutkalvon kasvatuksella tarkoitetaan kaikkia niitä tekniikoita, joilla siirretään ohut materiaalikerros kasvatusalustalle (alustasta käytetään usein termiä substraatti). Ohutkalvon "ohuus" on suhteellinen käsite. Joillakin kasvatustekniikoilla (esimerkiksi ALD ja MBE, Molecular Beam epitaxy) päästään atomikerroksittain kasvattamaan kalvon paksuutta, mutta useimmilla menetelmillä pienin säädettävissä oleva paksuus on joitakin kymmeniä nanometrejä. Kalvojen paksuudesta puhuttaessa käytetään usein mittana ångströmiä. Ohutkalvojen kasvatustekniikat ovat kehittyneet 50-luvulta alkaen elektroniikkateollisuuden kehittyessä. Näitä tekniikoita on alettu yhä laajemmin soveltamaan myös muiden tuotteiden valmistuksessa. Nanoteknologia käyttää paljolti samoja valmistusmenetelmiä.
Ohutkalvoja käytetään optiikassa esimerkiksi heijastuksen poistokalvoina, elektroniikassa eriste- tai johdekalvoina, hohdekalvoina elektroluminesenssi- ja OLED-näytöissä, puolijohteissa, pakkauskalvoissa (esimerkiksi alumiinikalvo PET-muovikalvolla). Ohutkalvoja voidaan käyttää myös korroosion estossa tai passivointikerroksina parantamaan materiaalin happojen kestävyyttä tai vähentämään elimistöjen hylkimisefektiä.
Ohutkalvojen kasvatustekniikat jakaantuvat karkeasti kahteen ryhmään riippuen siitä, onko kasvatusprosessi pääosin kemiallinen vai fysikaalinen.
Kemialliset kalvonkasvatustekniikat.
Kemiallisessa kasvatuksessa virtaava lähtöaine () aiheuttaa kemiallisen reaktion kiinteällä pinnalla muodostaen kiinteän aineen kerroksen. Jokapäiväinen esimerkki nokikerroksen muodostuminen kylmän kappaleen pinnalle, joka laitetaan nuotion liekkeihin. Koska virtaus peittää kiinteän kappaleen, kalvoa kasvaa joka puolelle ja kasvun suuntaus ei määräydy kovin tarkasti. Kemiallisella kalvonkasvatuksella tehdyt kalvot ovat lähtökohtaisesti varsin tasaisia, kasvunopeus on sama pinnan kaikilla osilla.
Kemiallinen kalvonkasvatus jakautuu kahteen osaan riippuen siitä, onko lähtöaine neste vai kaasu:
Fysikaaliset kalvonkasvatusmenetelmät.
"Fysikaalisessa kalvonkasvatuksessa" käytetään mekaanisia tai termodynaamisia keinoja kiinteänaineen ohutkalvon tuottamiseen. Hyvä esimerkki on huurteen muodostuminen. Koska useimpien teknisten materiaalien koossa pysyminen vaatii paljon energiaa ja kemiallisia reaktioita ei käytetä näiden energioiden säilyttämiseen, kaupalliset fysikaaliset kalvonkasvatusmenetelmät edellyttävät usein alhaisia prosessipaineita toimiakseen hyvin. Suurimman osan menetelmistä voidaan luokitella PVD (physical vapor deposition) -ryhmään.
Pinnoituksessa käytetty lähtöaine sijoitetaan sellaiseen energiakenttään, että partikkeleja alkaa irrota sen pinnalta. Lähtöaineen pinnan läheisyyteen asetetaan kylmempi pinta, joka sitoo partikkeleiden energia niiden saapuessa ja mahdollistaa kiinteän aineen kerroksen muodostumisen. Koko prosessi tehdään vakuumiastiassa, jossa partikkelit voivat siirtyä niin esteettä kuin mahdollista. Koska partikkelit pyrkivät kulkemaan suoraa liikerataa, niin näin muodostuneet kalvot ovat yleisesti kalvonkasvun suhteen yhdensuuntaisia.
Esimerkkejä fysikaalisesta kalvonkasvatuksesta:
Muut kalvonkasvatusprosessit.
Jotkut menetelmät jäävät kahden edellä mainitun menetelmän ulkopuolelle, kun ne ovat yhdistelmiä sekä kemiallisista että fysikaalisista menetelmistä.