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Spin Coating für die Dünnschichtabscheidung

1958
Labortechniker führt im Reinraum eine Schleuderbeschichtung zur Dünnschichtabscheidung durch.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Spin coating is a procedure for depositing uniform thin films onto flat substrates. An excess of a coating solution is placed on the substrate, which is then rotated at high speed. Centrifugal force spreads the solution, and solvent evaporation or curing solidifies the film, with the final thickness determined by Viskosität, Konzentration und Schleudergeschwindigkeit.

The spin coating process is divided into four main stages: deposition, spin-up, spin-off, and evaporation. In the deposition stage, an excess of the coating fluid is dispensed onto the substrate’s surface. During the spin-up stage, the substrate is rapidly accelerated to its final, desired rotation speed, causing the fluid to flow radially outward due to Zentrifugalkraft. The spin-off stage follows, where the excess fluid is ejected from the substrate’s edge, and the film thins. The final stage is evaporation, where the solvent evaporates from the film, leaving behind the solid coating. The thickness of the resulting film is highly dependent on several parameters. The key relationship was modeled by Emslie, Bonner, and Peck, showing that the final film thickness [latex]h_f[/latex] is proportional to the inverse square root of the angular velocity [latex]\omega[/latex], the initial solution concentration, and the solvent evaporation rate, and is also a function of the fluid Viskosität [latex]\nu[/latex]. The formula is often simplified as [latex]h_f \propto \omega^{-1/2}[/latex]. This technique is favored for its simplicity, speed, and ability to produce highly uniform films with thicknesses ranging from a few nanometers to several micrometers on a laboratory scale. However, it is inherently a batch process and can be wasteful, as a significant portion of the initial solution is flung off the substrate.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Technologie der Materialien

Typ

Physikalischer Prozess

Störung

Inkremental

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung der Zentrifugalkraft durch Christiaan Huygens
  • Entwicklung der Elektromotor
  • Synthese löslicher Polymere und Fotolacke
  • Verständnis der Fluiddynamik und der Prinzipien der Lösungsmittelverdampfung

Anwendungen

  • Herstellung von Mikroelektronik und Halbleiterbauelementen
  • Herstellung optischer Beschichtungen wie Antireflexschichten
  • Herstellung organischer Leuchtdioden (OLEDs)
  • Produktion von Compact Discs (CDs) und Digital Versatile Discs (DVDs)
  • Forschung und Entwicklung neuartiger Materialien und Sensoren

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • automatisierte Multisubstrat-Spin-Coating-Systeme für die Hochdurchsatzforschung
  • In-situ-Überwachung der Filmdicke während des Schleuderns mittels optischer Interferometrie
  • Entwicklung lösungsmittelfreier oder wasserbasierter Lösungen für umweltfreundliches Spin-Coating
  • Megaschall-unterstütztes Spin-Coating zur Reduzierung von Defekten und Verbesserung der Gleichmäßigkeit
  • Spin-Coating auf flexiblen und nicht-planaren Substraten mit speziellen Chucks
  • Integration mit Tintenstrahldruck für die Herstellung gemusterter mehrschichtiger Geräte
  • closed-chamber systems with controlled atmosphere and solvent Dampfdruck
  • development of “smart” photoresists that self-planarize during spinning
  • Verwendung überkritischer Fluide als Lösungsmittel zur rückstandsfreien Verdampfung
  • tragbare, batteriebetriebene Spincoater für Feldforschung und Diagnostik
Verwandte Themen: Schleuderbeschichtung, Dünnschicht, Abscheidung, Substrat, Zentrifugalkraft, Halbleiter, Fotolithografie, Polymerlösung, gleichmäßige Beschichtung, Materialwissenschaft.

Historischer Kontext

Spin Coating für die Dünnschichtabscheidung

1950
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1955
1958
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1955
1956
1960
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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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