Atmospheric‐Pressure Plasmas for Wide‐Area Thin‐Film Deposition and Etching

Abstract

The present paper is focused on coating technologies compatible with industrial requirements, particularly on atmospheric pressure plasma technologies which are compatible with scaling to wide substrate widths (≥0.5 m). The AP‐PECVD reactors are designed for continuous air‐to‐air processing, and can be used for deposition of non‐oxide films. Two thermal methods for atmospheric pressure processing are considered: microwave CVD and DC ArcJet‐CVD. Typical thin film growth rates for PECVD are in the range of 5–100 nm · s−1 (static) and up to 2 nm · m · s−1 (dynamic). The rates for plasma chemical etching are typically 10 times higher. A complimentary lower energy plasma source based on dielectric barrier glow discharge plasma CVD has also been explored. Developments are underway to explore uses for the coating technology, for example scratch resistant coatings on metals, barrier layers, self‐clean functional surfaces and antireflective coatings. Coating materials range from silica, titania, aluminium oxide, metal composite layers, carbon and silicon nitride. Layer properties are close to data known from low pressure PECVD. Plasma chemical etching has been developed for crystalline silicon photovoltaics. The surface textures strongly change with the precursors and the plasma parameters used.magnified image

Analysis of mass transport in an atmospheric pressure remote plasma-enhanced chemical vapor deposition process

“…If the precursor is localized on a very small area of the substrate, either at atmospheric pressure 1,22 or under vacuum, 11,12 and surrounded by a large reservoir of reactants, it can be totally converted, leading to deposition yield close to 100%. Nevertheless, this value is extremely high.…”

Track by Track: The Structure of Single Tracks of Atmospheric Pressure Plasma Polymerized Hexamethyl Disiloxane (HMDSO) Analyzed by Infrared Microscopy

“…The surface pre‐treatment and deposition of thin plasma polymer films by using atmospheric pressure plasma (APP) systems operating in the non‐thermodynamic equilibrium regime is currently an active research field, for the adhesion improvement and surface etching1–5 as well as for layer deposition 6–14. The main advantage of such a system is its applicability to localized coating processes 15.…”

Investigación sobre la mejora de la humectabilidad de films poliméricos de polietileno de baja densidad (LDPE) mediante plasma por descarga corona. Optimización de laminados con espumas de polietileno mediante procesos de laminación con adhesivos Hot-Melt para aplicaciones técnicas en el sector de automoción

“…El resultado será una superficie de plasmapolímero, que combina las ventajas principales del plasmapolímero con la funcionalidad de la superficie modificada por plasma. (Hopfe and Sheel 2007) Al introducir gases orgánicos en el plasma se producen productos semejantes a polímeros sobre los substratos que se encuentran en la cámara de reacción. Este proceso depende directamente del flujo del monómero, de la presión del sistema y de la fuente de energía entre otras variables.…”

“…Este mecanismo, conocido comúnmente como la variación de la rugosidad superficial, actúa en menor medida que el mecanismo de activación y funcionalización de la superficie, pero también contribuye globalmente a incrementar la adhesión del polietileno. (Hopfe and Sheel 2007) Esta sencilla caracterización se efectuó por pesada antes y después de la exposición al plasma de cada una de las muestras. Se tuvo especial cuidado en la manipulación de dichas muestras para que ningún tipo de contaminación afectase al resultado de las pesadas, ya que la diferencia de peso entre muestras tratadas y no tratadas puede llegar a ser del nivel de miligramos (o incluso menor).…”

“…Esta cuantificación pone de manifiesto un alto fenómeno de "etching" con bajas velocidades de paso que permiten una mayor actuación del tratamiento de plasma, responsable de la pérdida de peso medida. (Hopfe and Sheel 2007) En condiciones de mayor velocidad de paso, el efecto de arranque de material es menor ya que el tratamiento de plasma no tiene tiempo de actuar sobre la superficie del mismo modo.…”