Phương pháp tổng hợp vật liệu

I. Phương pháp hóa
1. Hóa ướt (wet chemical)
a. Anodization
b. Lamuir
Vật liệu dùng tạo màng phân tán thành lớp màng đơn nguyên tử trên bề mặt dung môi, kết hợp phương pháp phủ nhúng và ép lớp vật liệu từ hai bên, giúp màng tạo đồng đều và đơn lớp.
c. Sol-gel
Trong phương pháp này, precusor ban đầu được phân tán đều trong dung môi tạo thành sol, qua quá trình lắng đọng tự nhiên tạo hệ gel. Từ hệ gel có thể tạo màng bằng các phương pháp phủ : spin, spray, dip.
Spin : hệ gel được nhỏ giọt lên bàn quay li tâm tạo thành màng
Spray : hệ gel được đưa vào hệ phun, phun tạo màng
Dip : đế được nhúng vào dung dịch gel, tạo thành màng
Sau quá trình phủ, màng được mang đi ủ nhiệt để tạo sự kết tinh.
d. Lithography
Phương pháp sử dụng năng lượng photon tác dụng lên các lớp phản quang, sau đó rửa bằng hóa chất, tạo các chi tiết như trên mặt nạ.
2. Hóa khô (dry chemical)
a. CVD
Hóa chất ban đầu được đưa vào buồng làm việc ở pha hơi, sau đó phản ứng tạo lớp màng trên đế.
- Thermal CVD : quá trình phản ứng được kiểm soát bằng nhiệt độ đế. Do đó nhiệt độ đế rất cao không thực hiện được với đế chịu nhiệt kém.
- PECVD : phương pháp này được tăng cường plasma, plasma có tác dụng phân ly chất khí giúp quá trình phản ứng xảy ra dễ dàng hơn. Do đó nhiệt độ phản ứng giảm, nên có thể sử dụng với đế chịu nhiệt kém.
- MOCVD : phương pháp dùng tạo màng oxit kim loại.
b. Chemical electrode
Dung dịch phân ly chứa các ion, các điện cực được sử dụng để giúp quá trình phản ứng tạo màng tạo điện cực. Trong phương pháp này, tại điện cực cathode xảy ra phản ứng khử, khử ion dương thành kim loại bám lên điện cực cathode, điện cực anode dùng cung cấp ion cho hệ điện phân bằng phản ứng oxi hóa.
 Phương pháp chỉ dùng cho đế dẫn điện.
II. Phương pháp lý
1. Thủy nhiệt (hydrothermal)
Các chất tham gia phản ứng được đưa vào teplon, sau đó được nâng lên nhiệt độ và áp suất cao để tạo kết tinh.
2. PVD
a. Bốc bay (evaporation)
Nguồn vật liệu được cung cấp năng lượng làm gãy các liên kết và bay hơi tự nhiên bám lên đế.
- Thermal evaporation : năng lượng cung cấp cho đế bằng nhiệt điện trở. Không thể sử dụng với các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao hơn thuyền điện trở.
- E-beam : chùm electron năng lượng cao được dùng gây nóng cục bộ và làm gãy các liên kết.
- PLD : năng lượng được cung cấp dưới dạng xung laser.
b. Phún xạ (sputtering)
Bia được cung cấp động năng từ ion khí trơ làm bức các nguyên tử trên bề mặt và bay đến đế.
- Phún xạ cathode phẳng
+ DC, RF
DC : khí trơ được gia tốc bằng dòng 1 chiều. Cường độ phún xạ cao. Bia sử dụng phải dẫn điện.
RF : hệ làm việc sử dụng nguồn điện xoay chiều với tần số cao, bia được bắn phá không chỉ bằng ion khí trơ (trong nửa chu kỳ) mà còn bằng electron (trong nửa chu kỳ tiếp theo). Bia sử dụng có thể không dẫn điện.
+ Magnetron
Với hệ magnetron tăng cường, electron được bẫy trong từ trường làm tăng xác suất ion hóa khí trơ.
Magnetron cân bằng : electron được giữ lại gần bia. Đế không bị làm nóng bởi electron, nên sử dụng được cho các đế chịu nhiệt kém.
Magnetron không cân bằng : electron hướng về đế làm đế nóng lên, làm vật liệu kết tinh ngay trong quá trình phún xạ.
- Phún xạ bằng ion beam
Chùm ion được sử dụng để bắn phá bia, nguồn ion được cung cấp từ bên ngoài, hệ có thể đạt chân không cao nên màng có độ tinh khiết cao.