Центрифугирование — это процедура, используемая для нанесения тонких однородных пленок на плоские подложки . Обычно небольшое количество материала покрытия в жидком виде наносится на центр подложки, которая либо вращается с низкой скоростью, либо не вращается вообще. Затем подложку вращают со скоростью до 10 000 об/мин, чтобы распределить материал покрытия под действием центробежной силы . Машина, используемая для центрифугирования, называется центрифугирующей машиной или просто прядильной машиной . [1]
Вращение продолжают, пока жидкость отталкивается от краев подложки, пока не будет достигнута желаемая толщина пленки. Применяемый растворитель обычно летуч и одновременно испаряется . Чем выше угловая скорость вращения, тем тоньше пленка. Толщина пленки зависит также от вязкости и концентрации раствора и растворителя. [2] Новаторский теоретический анализ центрифугирования был предпринят Эмсли и др., [3] и был расширен многими последующими авторами (в том числе Уилсоном и др., [4] , которые изучали скорость растекания при центрифугировании; и Дангладом. -Флорес и др., [5] которые нашли универсальное описание для прогнозирования толщины осаждаемой пленки).
Спиновое покрытие широко используется при микропроизводстве функциональных оксидных слоев на стеклянных или монокристаллических подложках с использованием золь-гель- прекурсоров, где его можно использовать для создания однородных тонких пленок наноразмерной толщины. [6] Он интенсивно используется в фотолитографии для нанесения слоев фоторезиста толщиной около 1 микрометра . Фоторезист обычно вращается со скоростью от 20 до 80 оборотов в секунду в течение 30-60 секунд. Он также широко используется для изготовления плоских фотонных структур из полимеров.
Одним из преимуществ нанесения тонких пленок методом центрифугирования является однородность толщины пленки. Благодаря самовыравниванию толщина варьируется не более чем на 1%. Толщина пленок, полученных таким способом, также может влиять на оптические свойства таких материалов. Это важно для электрохимических испытаний, особенно при регистрации показаний оптической плотности с помощью ультрафиолетовой-видимой спектроскопии, поскольку более толстые пленки имеют более низкий оптический коэффициент пропускания и обычно не пропускают свет по сравнению с более тонкими пленками, пропускающими свет раньше, чем оптическая плотность фильм становится слишком низким. Кроме того, пленки с более низким качеством поглощения не являются идеальными кандидатами для таких процессов, как циклическая вольтамперометрия, поскольку низкое поглощение препятствует электрохимической настройке катионов в электрохимической ячейке. В этом отношении более тонкие пленки обладают более желательными оптическими свойствами, которые можно адаптировать для технологий накопления энергии из-за свойств, на которые оказывает влияние центрифугирование. [7] Однако центрифугирование более толстых пленок полимеров и фоторезистов может привести к образованию относительно больших краевых валиков, планаризация которых имеет физические ограничения. [8]