Was ist ein Spin Coater?
Ein Spin Coater ist ein Gerät, mit dem Farbe gleichmäßig auf die Oberfläche eines Substrats aufgetragen werden kann.
Nachdem ein Tropfen Farbe in der Mitte des Substrats aufgetragen wurde, wird das Substrat unter Steuerung der Beschleunigung und der Rotationsgeschwindigkeit gedreht, um mithilfe der Zentrifugalkraft einen dünnen Film mit gleichmäßiger Dicke zu erzeugen. Spin Coater haben Nachteile, wie z. B. die Tatsache, dass sie nur auf glatten Trägermaterialien eingesetzt werden können und für die Beschichtung großer Flächen ungeeignet sind, aber sie können eine Vielzahl von dünnen Schichten bilden, solange der Dickenfehler gering ist.
Daher werden sie in großem Umfang bei der Herstellung von Halbleitern und Displays sowie bei der Beschichtung von optischen Medien eingesetzt. Spin Coater sind ein unverzichtbares Gerät in industriellen Bereichen, die eine hohe Präzision erfordern, und spielen auch eine wichtige Rolle in der Materialwissenschaft und der Oberflächenbearbeitungstechnik.
Einsatzgebiete von Spin Coatern
Spin Coater werden in erster Linie zur Herstellung dünner, gleichmäßig dicker Schichten auf glatten Substraten eingesetzt.
Spin Coater spielen vor allem im Bereich der Fotolithografie eine wichtige Rolle. Bei der Fotolithografie wird ein lichtempfindliches Mittel auf ein Substrat, z. B. ein Siliziumsubstrat, aufgetragen und mit intensivem Licht, z. B. ultraviolettem Licht, bestrahlt, um feine Muster auf der Oberfläche des Substrats zu erzeugen. Dieses Verfahren ist für die Herstellung von Halbleitern und Displays unerlässlich.
Spin Coater werden auch im Bereich der optischen Medien eingesetzt: Sie sorgen für eine gleichmäßige Schichtdicke bei der Beschichtung der Oberfläche optischer Medien wie DVDs und Blue-ray Discs und sind auch bei verschiedenen Anwendungen im optischen Bereich nützlich, etwa beim Auftragen von Lichtsteuerungsflüssigkeiten für Linsen. Spin-Coater werden in einer Vielzahl von Anwendungen im optischen Bereich eingesetzt, z. B. bei der Anwendung von Linsenmodifikatoren.
Prinzip von Spin Coatern
Spin Coater nutzen die Zentrifugalkraft, um einen gleichmäßigen dünnen Film auf der Oberfläche eines Substrats zu erzeugen. Diese auch als Spinner bezeichnete Methode eignet sich für das Aufbringen dünner Schichten auf flache Substrate und zeichnet sich durch eine geringe Ungleichmäßigkeit der Schichtdicke aus.
Bei der Verwendung eines Spin Coaters wird das Substrat zunächst in das Gerät eingesetzt und ein Tropfen Farbe in der Nähe der Mitte des Substrats aufgetragen. Anschließend wird das Substrat gedreht, um die Zentrifugalkraft auf die Farbe auszuüben und sie so einzustellen, dass die Farbe diffus auf die Substratoberfläche aufgetragen wird. Die Rotationsgeschwindigkeit und -beschleunigung kann vom Gerät eingestellt werden und sollte unter Berücksichtigung der Flüssigkeitseigenschaften des Lacks und der Schichtdicke festgelegt werden. Nach Abschluss der Rotation wird das Substrat entfernt und der Lack durch Erhitzen oder UV-Härtung getrocknet.
Die Vorteile der Dünnfilmbeschichtung mit Spin Coatern liegen darin, dass durch Feinabstimmung der Flüssigkeitseigenschaften des Lacks und der Rotationsgeschwindigkeit dünne Filme unterschiedlicher Dicke gebildet werden können und dass die Menge des verwendeten Lacks eingespart werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass während der Beschichtung Farbverluste auftreten und die Anwendung auf kleine Flächen beschränkt ist.
Nichtsdestotrotz sind Spin Coater in vielen Industriezweigen nach wie vor ein wichtiges Gerät, da sie zur Herstellung hochpräziser dünner Schichten beitragen.
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1. Wie man einen Spin-Coater benutzt
Spin-Coater werden verwendet, um dünne Schichten aus Verbindungen zu erzeugen, das Verfahren ist wie folgt.
- Ein Glas- oder Metallsubstrat wird auf das rotierende Element in der Mitte des Spin-Coaters gelegt. Das Substrat kann durch Anlegen eines Vakuums auf dem Rotor (Sockel) befestigt werden. Ist ein Vakuum nicht erwünscht, wird doppelseitiges Klebeband oder ähnliches verwendet, vorzugsweise mit hoher Haftkraft.
- Gießen Sie das Polymer oder die andere Verbindungslösung auf das Substrat. Gießen Sie so gleichmäßig wie möglich, damit das gesamte Substrat bedeckt ist.
- Stellen Sie die Rotationsgeschwindigkeit und die Rotationszeit ein und drücken Sie die Starttaste. Nach Ablauf der Zeit stoppt die Rotation und es bildet sich ein gleichmäßiger dünner Film auf dem Substrat.
Für die Herstellung derselben dünnen Schicht gibt es auch Vakuumverdampfungsgeräte, aber Polymere und andere Materialien können sich im Vakuum zersetzen, so dass in solchen Fällen ein Spin Coater geeignet ist.
2. Wie man ungleichmäßige Beschichtungen mit Spin Coatern beseitigt
Spin Coater erzeugen einen gleichmäßigen dünnen Film, aber es kann zu Ungleichmäßigkeiten in der Beschichtung kommen, die zu unsichtbaren Unebenheiten führen. Es ist bekannt, dass die folgenden Bedingungen zu einer ungleichmäßigen Beschichtung führen können.
- Langsame Rotationsgeschwindigkeit (geringe Anzahl von Umdrehungen in der Zeit)
- Hohe Viskosität der Verbundlösung
- Die Lösung wird an den Ecken des Substrats angehoben
Grundsätzlich gilt: Je langsamer die Rotationsgeschwindigkeit des Spin Coaters, desto dicker und ungleichmäßiger ist die Beschichtung wahrscheinlich. Die einfachste Lösung besteht darin, die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen und die Rotationszeit zu verlängern. Wenn es zeitlich möglich ist, kann die Rotationszeit festgelegt und die Schichtdicke bei jeder Rotationsgeschwindigkeit gemessen werden. Dann werden die beste Drehgeschwindigkeit und die beste Drehzeit ermittelt.
Wenn die Viskosität der Verbundlösung hoch ist, lässt sie sich nur schwer fliegen, was leicht zu einem ungleichmäßigen Film führen kann. Das Problem lässt sich lösen, indem man die Viskosität durch Verdünnung der Lösungskonzentration verringert.
Eine gute Möglichkeit, das Problem der Ungleichmäßigkeit in den Ecken des Substrats zu lösen, ist die Verwendung eines Spin Coaters mit einem versiegelten System und einer automatischen Tropffunktion. Die automatische Tropfenfunktion lässt die Verbundlösung automatisch auf das Spinnsubstrat fallen. Da sich die Lösung schnell auf dem Substrat ausbreitet, sobald sie abgetropft wird, verhindert sie, dass die Ecken aufsteigen, und ermöglicht die Bildung eines gleichmäßigen dünnen Films.