في الاخرق، تستخدم الغازات في المقام الأول لتسهيل ترسيب الأغشية الرقيقة على الركيزة. ويعتمد اختيار الغاز على خصائص المواد المطلوبة ونوع المادة المستهدفة. يشيع استخدام الغازات الخاملة مثل الأرجون والنيون والكريبتون والزينون بسبب طبيعتها غير التفاعلية بينما تستخدم الغازات التفاعلية مثل الأكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون والأسيتيلين والميثان لترسيب مركبات معينة مثل الأكاسيد والنتريدات والكربيدات.
الغازات الخاملة
- الأرجون (Ar): الأرغون هو الغاز الأكثر استخدامًا في الاخرق نظرًا لارتفاع معدل الاخرق وطبيعته الخاملة وانخفاض سعره وتوافره بدرجة نقاء عالية. وهو مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات والمواد.
- النيون (ني): يُفضل استخدام النيون في رش العناصر الخفيفة لأن وزنه الذري يتطابق بشكل وثيق مع هذه العناصر، مما يضمن نقل الزخم بكفاءة.
- الكريبتون (Kr) والزينون (Xe): تُستخدم هذه الغازات في رش العناصر الثقيلة. وتوفر أوزانها الذرية الأعلى مقارنة بالأرجون كفاءة أفضل في نقل الزخم، وهو أمر بالغ الأهمية لرش المواد المستهدفة الأثقل وزناً.
الغازات التفاعلية:
- الأكسجين (O2): يُستخدم لترسيب أغشية الأكسيد مثل أكسيد الألومنيوم (Al2O3) وثاني أكسيد السيليكون (SiO2) وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) وغيرها. يتفاعل الأكسجين مع المادة المستهدفة لتشكيل الأكسيد المطلوب على الركيزة.
- النيتروجين (N2): يساعد في ترسيب أغشية النيتريد مثل نيتريد التيتانيوم (TiN) ونتريد الزركونيوم (ZrN) وغيرها. يتفاعل النيتروجين مع المادة المستهدفة لتكوين النيتريدات.
- ثاني أكسيد الكربون (CO2): يُستخدم لترسيب طلاءات الأكسيد، حيث يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع المادة المستهدفة لتكوين أكاسيد.
- الأسيتيلين (C2H2) والميثان (CH4): تُستخدم هذه الغازات لترسيب الكربون الشبيه بالماس (الكربون الشبيه بالماس) والكربيد المهدرج وأغشية الكاربو نيتريد. وهي تتفاعل مع المادة المستهدفة لتكوين هذه المركبات المعقدة.
مزيج من الغازات:
في العديد من عمليات الاخرق يتم استخدام مزيج من الغازات الخاملة والتفاعلية. على سبيل المثال، غالبًا ما يُستخدم الأرجون مع الأكسجين أو النيتروجين للتحكم في التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء عملية الاخرق. وهذا يسمح بالتحكم الدقيق في تكوين وخصائص الأغشية المودعة.التحكم في العملية:
يؤثر اختيار الغاز وضغطه في غرفة الاخرق بشكل كبير على طاقة وتوزيع الجسيمات التي تؤثر على الهدف، مما يؤثر على معدل وجودة ترسيب الفيلم. ويمكن للخبراء ضبط هذه المعلمات بدقة لتحقيق البنية المجهرية والخصائص المرغوبة للفيلم.
