Исследователи из Университета Цукубы разработали технологию для оценки в реальном времени валентного состояния и скорости роста тонких плёнок оксида железа во время их формирования. Эта инновационная технология основана на анализе полноспектральных данных эмиссионных спектров плазмы, генерируемых во время реактивного распыления, с использованием машинного обучения. Ожидается, что она позволит осуществлять высокоточный контроль процесса нанесения плёнок.
Тонкие плёнки оксидов металлов и нитридов широко используются в электронных устройствах и энергетических материалах
Реактивное распыление — это универсальный метод нанесения тонких плёнок путём взаимодействия целевого металла с газами, такими как кислород или азот. Проблема этого процесса заключается в переходе поверхности мишени между металлическим и соединённым состояниями, что вызывает значительные колебания скорости роста и состава плёнки. В настоящее время существует ограниченное количество эффективных методов для мониторинга в реальном времени химического состояния материала и скорости его нанесения во время формирования плёнки.
Для анализа массивных эмиссионных спектров, генерируемых в плазме реактивного распыления, была использована методика машинного обучения, основанная на анализе главных компонент (PCA)
Этот анализ был направлен на оценку состояния формирования тонкой плёнки. Результаты, опубликованные в журнале Science and Technology of Advanced Materials: Methods, показали, что валентное состояние тонких плёнок оксида железа было точно определено с использованием только первой и второй главных компонент спектров. Кроме того, скорость роста плёнки была предсказана с высокой точностью.
Заметным преимуществом этого подхода является использование полноспектральной информации, а не конкретных спектральных линий или кварцевых кристаллов
Было продемонстрировано, что репрезентативные спектры, соответствующие различным валентным состояниям, могут быть реконструированы с использованием комбинации главных компонент, которые характеризуют каждую оксидную фазу, что делает метод эффективным для идентификации материалов.
Предложенный метод может улучшить понимание процессов реактивного распыления и применяться в качестве технологии контроля нанесения плёнок в реальном времени. Ожидается расширение его применения на другие материалы оксидов металлов и нитридов, а также на автоматизированные системы управления процессами нанесения, что будет способствовать улучшению электронных материалов и энергетических устройств, а также повышению эффективности производства.
Предоставлено Университетом Цукубы.