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Revêtement par centrifugation pour le dépôt de couches minces

1958
Technicien de laboratoire effectuant un dépôt par centrifugation de couches minces en salle blanche.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

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 viscosité, La vitesse d'essorage, la concentration et la vitesse de l'essorage.

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 force centrifuge. 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 viscosité [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 des matériaux

Taper

Processus physique

Perturbation

Incrémentale

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découverte de la force centrifuge par Christiaan Huygens
  • développement de la moteur électrique
  • synthèse de polymères solubles et de photorésists
  • compréhension de la dynamique des fluides et des principes d'évaporation des solvants

Applications

  • fabrication de dispositifs microélectroniques et semi-conducteurs
  • fabrication de revêtements optiques tels que des couches antireflets
  • création de diodes électroluminescentes organiques (OLED)
  • production de disques compacts (CD) et de disques numériques polyvalents (DVD)
  • recherche et développement de nouveaux matériaux et capteurs

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • systèmes automatisés de revêtement par centrifugation multi-substrats pour la recherche à haut débit
  • surveillance in situ de l'épaisseur du film pendant le filage par interférométrie optique
  • développement de solutions sans solvant ou à base d'eau pour le revêtement par centrifugation écologique
  • revêtement par centrifugation assistée par mégasons pour réduire les défauts et améliorer l'uniformité
  • revêtement par centrifugation sur des substrats flexibles et non plans à l'aide de mandrins spécialisés
  • intégration avec l'impression à jet d'encre pour la fabrication de dispositifs multicouches à motifs
  • closed-chamber systems with controlled atmosphere and solvent pression de vapeur
  • développement de résine photosensible “intelligente” qui s'auto-planifie pendant le filage
  • utilisation de fluides supercritiques comme solvants pour une évaporation sans résidus
  • centrifugeuses portables à batterie pour la recherche sur le terrain et le diagnostic
Related to : spin coating, couche mince, dépôt, substrat, force centrifuge, semi-conducteur, photolithographie, solution de polymère, revêtement uniforme, science des matériaux.

Contexte historique

Revêtement par centrifugation pour le dépôt de couches minces

1950
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1955
1958
1960
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1955
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(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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