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Revestimento por rotação para deposição de filmes finos

1958
Técnico de laboratório realizando revestimento por centrifugação para deposição de filme fino em sala limpa.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

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. Força centrífuga espalha a solução, e a evaporação do solvente ou a cura solidifica o filme, com a espessura final determinada por viscosidadeconcentração e velocidade de rotação.

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 força centrífuga. 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 viscosidade [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
Tecnologia de materiais

Tipo

Processo físico

Interrupção

Incremental

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • descoberta da força centrífuga por Christiaan Huygens
  • desenvolvimento do motor elétrico
  • síntese de polímeros solúveis e fotorresistentes
  • Compreensão dos princípios da dinâmica de fluidos e da evaporação de solventes

Aplicações

  • fabricação de dispositivos microeletrônicos e semicondutores
  • fabricação de revestimentos ópticos, como camadas antirreflexo
  • Criação de diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs)
  • produção de discos compactos (CDs) e discos versáteis digitais (DVDs)
  • Pesquisa e desenvolvimento de novos materiais e sensores

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • automated multi-substrate spin coating systems for high-throughput research
  • in-situ monitoring of film thickness during spinning using optical interferometry
  • development of solvent-free or water-based solutions for eco-friendly spin coating
  • megasonic-assisted spin coating to reduce defects and improve uniformity
  • spin coating on flexible and non-planar substrates using specialized chucks
  • integration with inkjet printing for patterned multi-layer device fabrication
  • closed-chamber systems with controlled atmosphere and solvent pressão de vapor
  • development of “smart” photoresists that self-planarize during spinning
  • use of supercritical fluids as solvents for residue-free evaporation
  • portable, battery-operated spin coaters for field research and diagnostics
Relacionado a: revestimento por rotação, filme fino, deposição, substrato, força centrífuga, semicondutor, fotolitografia, solução polimérica, revestimento uniforme, ciência dos materiais.

Contexto histórico

Revestimento por rotação para deposição de filmes finos

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1955
1958
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1955
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1960
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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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