De productie van dunne films âliveâ volgen
Tot nu toe verliepen processen van het maken van âdunne filmsâ â met
toepassingen in bijvoorbeeld smartphones en zonnebrillen - volgens de
âtrial and errorâ-methode. Vincent Fokkema van het Leids Instituut voor
Onderzoek in de Natuurkunde heeft nu een uniek instrument ontwikkeld
waarmee de processen âliveâ in beeld kunnen worden gebracht. âNergens
anders in de wereld staat een instrument waarmee dat kan.â Promotie 10
november.
Dunne films
Afbeeldingen van een siliciumoppervlak. Het zijn snapshots uit een
opname met een rastertunnelmicroscoop (ofwel scanning tunneling
microscope: STM). De grootte van elk van de afbeeldingen bedraagt 25 nm
bij 25 nm; elk van de bobbeltjes is een afzonderlijk siliciumatoom. Zie
elkders op deze pagina het hele filmpje.
Afbeeldingen van een siliciumoppervlak. Het zijn snapshots uit een
opname met een rastertunnelmicroscoop (ofwel scanning tunneling
microscope: STM). De grootte van elk van de afbeeldingen bedraagt 25 nm
bij 25 nm; elk van de bobbeltjes is een afzonderlijk siliciumatoom. Zie
elkders op deze pagina het hele filmpje.
Een laagje materiaal met een dikte in de orde van nanometers tot en met
micrometers, wordt een dunne film genoemd. In ons dagelijks leven
spelen dunne films een zeer belangrijke rol. Ze kennen uiteenlopende
toepassingen: in computerchips, ontspiegelde brillenglazen, coatings op
boorelementen en verzilverde sieraden. Het streven is de perfecte film
voor een bepaalde toepassing te maken. Soms moet de film zo vlak
mogelijk zijn, soms zo sterk mogelijk en bijna altijd met precies de
juiste dikte.. Fokkemas onderzoek is van groot belang voor al deze
toepassingen.
Tijdens het proces
Fokkema wilde op atoomniveau de processen van het maken van dunne films
onderzoeken. Hiervoor worden zogenaamde tastmicroscopen (STMâs, ofwel
scanning tunneling microscopes) gebruikt. De Interface Physics-groep
van prof.dr. Joost Frenken loopt wereldwijd voorop in het
perfectioneren en op maat maken van deze instrumenten. Binnen deze
groep heeft Fokkema nu een microscoop ontwikkeld om de twee facetten
van het maken van dunne films - depositie en erosie â tijdens het
proces te kunnen bestuderen. Er zijn veel meer studies gedaan naar deze
processen, maar die werden bijna altijd gedaan nadat de film al gemaakt
was. Fokkema: âHoewel je dan ook best veel kunt leren, mis je wat er
echt gebeurd is. Je ziet dan wel hoe de film eruit ziet, maar het
blijft gokwerk hoe deze er gekomen is.â
Proces optimaliseren
Bij industriële toepassingen van dunne films probeert men het proces
steeds te optimaliseren. Dit gebeurt bijna altijd volgens het principe
van âtrial-and-errorâ: iets proberen, en kijken of het werkt. Voor het
maken van computerchips, bijvoorbeeld, worden zeer speciale
multilaagspiegels gebruikt. Hoe beter deze spiegels reflecteren, hoe
sneller chips gemaakt kunnen worden. Fokkema: âIk heb de nieuwe
microscoop gebruikt om eens goed in kaart te brengen wat er gebeurt als
zoân spiegel wordt gemaakt. Als je echt weet wat nog niet optimaal
verloopt of juist heel goed werkt in de productie van zoân film, heb je
natuurlijk een heel groot voordeel bii het verbeteren van het
productieproces.â
Nieuw type experimenten
Met het onderzoek van Fokkema is de deur geopend voor een nieuw type
experimenten. Naast de multilaagspiegel zijn er tal van andere dunne
film-systemen die nu onderzocht kunnen worden. Vanuit verschillende
perspectieven is dit interessant. Voor de natuurkundige die
geïnteresseerd is in hoe de natuur in elkaar steekt, voor de industrie
die betere dunne films wil hebben voor allerhande toepassingen en voor
de samenleving als geheel, die van de technologische vooruitgang kan
profiteren. âBijna iedereen heeft tegenwoordig een smartphoneâ, aldus
Fokkema.
Promotie drs. Vincent Fokkema
Real-time Scanning Tunneling Microscopy Studies of Thin Film Deposition
and Ion Erosion
Donderdag 10 november, 12.30 uur
Academiegebouw
Promotor: Prof.dr. Joost Frenken
Bekijk het filmpje
STM-opname (met de 'scanning tunneling microscope') gemaakt
tijdens een bombardement door argonionen. De opname toont op precies
hetzelfde stukje oppervlak drie opeenvolgende stadia van beschadiging,
waarbij het oppervlak atoom voor atoom erodeert. Met deze vorm van
oppervlaktemodificatie kunnen nano-structuren worden gemaakt. Ook wordt
deze vorm van ionenbestraling toegepast om spiegels voor
extreem-ultraviolet licht en röntgenstraling op atomair niveau te
'polijsten'.
Universiteit Leiden