کنترل دقیق ضخامت در سیستم‌های لایه‌نشان کربن
کنترل دقیق ضخامت لایه کربن روی نمونه‌هایی که قرار است با میکروسکوپ الکترونی (SEM ،TEM ،FE-SEM، …) یا با طیف‌نگاری اشعه ایکس (EDX) مورد آنالیز و بررسی قرار گیرند، کار بسیار مهم و دشواری است. اندازه‌گیری ضخامت لایه نازک کربن نشانده شده به روش تبخیر مقاومتی نخ یا میله کربنی توسط حسگر کریستال کوارتز (QCM) در دمای بالا اتفاق می‌افتد که می‌تواند موجب افزایش دمای حسگر ضخامت‌سنج و ناکارآمدی آن شود.
فرآیند لایه‌نشانی پالسی نخ کربنی
فرآیند تبخیر پالسی نخ کربنی به منظور غلبه بر مشکل افزایش حرارت حسگر کریستال کوارتز و جلوگیری ار اشتباه در اندازه‌گیری ضخامت بسیار کارآمد است. همچنین دقت و یکنواختی لایه‌نشانی لایه کربنی را بهبود می‌بخشد. فرآیند تبخیر و لایه‌نشانی پالسی نخ کربنی در لایه‌نشان‌های کربن شرکت پوشش‌های نانوساختار به صورت فرآیندی دستی یا اتوماتیک قابل انجام است.
با استفاده از این روش و اعمال جریان الکتریکی بالا در مدت زمان کوتاه (حدود ۲ ثانیه) از افزایش دمای حسگر جلوگیری می‌شود.
فرآیند تبخیر تدریجی میله کربنی
برای تبخیر میله‌های کربنی نیاز به اعمال جریان الکتریکی بالایی (بیش از ۴۰ آمپر) است که می‌تواند منجر به افزایش دمای حسگر QCM و ایجاد سیگنال ضخامت نادرست شود. افزایش تدریجی جریان الکتریکی عبوری از میله‌های کربنی موجب کنترل حرارت تولید شده در فرآیند تبخیر کربن و پایداری بهتر سیگنال حسگر ضخامت‌سنج و همچنین لایه‌نشانی لایه کربنی یکنواخت‌تری می‌شود. کربن کوترهای شرکت پوشش‌های نانوساختار دارای نگهدارنده میله کربنی (انتخابی) دارای قابلیت برنامه‌ریزی تبخیر تدریجی میله کربنی هستند تا لایه کربنی یکنواخت و قابل قبولی را بر روی زیرلایه ایجاد نمایند.
کاربردهای سیستم‌های لایه‌نشانی کربن در خلاء
کربن‌کوترهای خلاء پایین و بالا در کاربردهای متنوعی همچون:
- لایه‌نشانی الکترودها
- آماده‌سازی نمونه‌های میکروسکوپ الکترونی با پوشش‌دهی یک لایه نازک رسانا
- ایجاد لایه پشتیبان برای توری میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)
- لایه‌نشانی کربن رپلیکا (Replica)
کنترل دقیق ضخامت لایه کربن پشتیبان توری میکروسکوپ الکترونی عبوری
برای تصویربرداری نمونه‌ها با استفاده از TEM نیاز است تا شبکه (توری)های مورد استفاده در این فرآیند با لایه‌ای نازک از کربن پوشش‌دهی شوند که در این مورد تکرارپذیری ضخامت لایه نازک کربن و همچنین کیفیت لایه ایجاد شده نقش مهمی در کیفیت تصاویر به دست آمده ایفا می‌کنند.
بنابراین نیاز است تا از سیستمی برای لایه نشانی کربن استفاده شود که در آن ضخامت و کیفیت لایه‌های نازک ایجاد شده قابلیت تکرار داشته باشند تا در زمان‌های مختلف تحت شرایط یکسان بتوان لایه‌های نازک یکسانی را لایه‌نشانی کرد.
اندازه‌گیری ضخامت لایه نازک کربن
روش رایج پایش ضخامت لایه در سیستم‌های پوشش‌دهی خلاء، استفاده از سنسورهای میکروبالانس کریستال کوارتز (QCM) است. سنسور QCM، یک کریستال پیزوالکتریک است که فرکانس تشدید آن با جرم آن تغییر می‌کند، بدین ترتیب می‌توان تغییرات جرم در اثر ایجاد لایه‌ای نازک بر روی حسگر QCM را به ضخامت لایه نشانده شده، مرتبط دانست.
حسگرهای QCM بسته به برش کریستال و نوع ماده الکترود مورد استفاده در ساختارشان، در دماهای بالاتر از دمای کارشان نسبتا ناکارآمد می‌شوند. QCMهای با برش به اصطلاح AT-Cut با الکترودهای طلا در دمای اتاق پایدار هستند. در حالی که، حسگرهایی که دارای الکترودهای نقره هستند در برابر شوک‌های حرارتی که در فرآیندهای تبخیر کربن اتفاق می‌افتد، مقاوم‌ترند.
سیستم‌های لایه نشان کربن تحت خلاء
کربن‌کوترهای شرکت پوشش‌های نانوساختار، مانند لایه‌نشان رومیزی کربن خلاء پایین DCR، لایه‌نشان خلاء بالای DCT و لایه‌نشان ترکیبی اسپاترینگ و کربن خلاء بالا یا پایین (DSCR و DSCT) با استفاده از منابع تغذیه پالسی قابلیت کنترل ضخامت لایه نازک کربن ایجاد شده را فراهم می‌آورند. همچنین، دستگاه‌های لایه‌نشان نخ کربنی، مجهز به سه نخ کربنی هستند و قابلیت تشخیص سوختن و سوییچ کردن بر روی نخ بعدی و قابلیت تنظیم تعداد پالس و جریان توسط کاربر را دارا می‌باشند.
تمامی کربن کوترهای شرکت پوشش‌های نانوساختار امکان تجهیز به سر تبخیر میله کربنی، با قابلیت انجام فرآیند برنامه‌ریزی‌شده تبخیر میله کربنی با افزایش جریان تدریجی، برای پایش ضخامت لایه کربن دقیق، در حین لایه‌نشانی را دارا هستند.
علاوه بر این، دستگاه لایه‌نشان کربن خلاء بالا با محفظه بزرگ DCT-300 و لایه‌نشان دو منظوره DSCT-300 از جدیدترین محصولات شرکت پوشش‌های نانوساختار هستند که امکان لایه‌نشانی بر روی نمونه‌های بزرگ‌تر (تا حداکثر قطر ۱۵ سانتیمتر) را فراهم می‌کنند.
همچنین، این دستگاه‌ها مجهز به ضخامت‌سنج دقیق و کارآمد هستند که با دقت ۱ نانومتر ضخامت لایه نازک کربن نشانده شده را در حین فرایند لایه نشانی، نمایش می‌دهند. ضخامت لایه کربن ایجاد شده، هم به صورت نمودار و هم به صورت دیجیتال بر روی صفحه نمایش دستگاه قابل مشاهده است.
