Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

De productie van dunne films ‘live’ volgen

Tot nu toe verliepen processen van het maken van ‘dunne films’ – met toepassingen in bijvoorbeeld smartphones en zonnebrillen - volgens de ‘trial and error’-methode. Vincent Fokkema van het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde heeft nu een uniek instrument ontwikkeld waarmee de processen ‘live’ in beeld kunnen worden gebracht. ‘Nergens anders in de wereld staat een instrument waarmee dat kan.’ Promotie 10 november.

Promotie drs. Vincent Fokkema 

Titel: Real-time Scanning Tunneling Microscopy Studies of Thin Film Deposition and Ion Erosion 
Datum: Donderdag 10 november, 12.30 uur 
Plaats: Academiegebouw 
Promotor: Prof.dr. Joost Frenken

Afbeeldingen van een siliciumoppervlak. Het zijn snapshots uit een opname met een rastertunnelmicroscoop (ofwel scanning tunneling microscope: STM). De grootte van elk van de afbeeldingen bedraagt 25 nm bij 25 nm; elk van de bobbeltjes is een afzonderlijk siliciumatoom. 

Dunne films

Een laagje materiaal met een dikte in de orde van nanometers tot en met micrometers, wordt een dunne film genoemd. In ons dagelijks leven spelen dunne films een zeer belangrijke rol. Ze kennen uiteenlopende toepassingen: in computerchips, ontspiegelde brillenglazen, coatings op boorelementen en verzilverde sieraden. Het streven is de perfecte film voor een bepaalde toepassing te maken. Soms moet de film zo vlak mogelijk zijn, soms zo sterk mogelijk en bijna altijd met precies de juiste dikte.. Fokkema's onderzoek is van groot belang voor al deze toepassingen.

...het maken van films tíjdens het proces bestuderen…

Tijdens het proces

Fokkema wilde op atoomniveau de processen van het maken van dunne films onderzoeken. Hiervoor worden zogenaamde tastmicroscopen (STM’s, ofwel scanning tunneling microscopes) gebruikt. De Interface Physics-groep van prof.dr. Joost Frenken loopt wereldwijd voorop in het perfectioneren en op maat maken van deze instrumenten. Binnen deze groep heeft Fokkema nu een microscoop ontwikkeld om de twee facetten van het maken van dunne films - depositie en erosie – tijdens het proces te kunnen bestuderen. Er zijn veel meer studies gedaan naar deze processen, maar die werden bijna altijd gedaan nadat de film al gemaakt was. Fokkema: ‘Hoewel je dan ook best veel kunt leren, mis je wat er echt gebeurd is. Je ziet dan wel hoe de film eruit ziet, maar het blijft gokwerk hoe deze er gekomen is.’

Proces optimaliseren

Bij industriële toepassingen van dunne films probeert men het proces steeds te optimaliseren. Dit gebeurt bijna altijd volgens het principe van ‘trial-and-error’: iets proberen, en kijken of het werkt. Voor het maken van computerchips, bijvoorbeeld, worden zeer speciale multilaagspiegels gebruikt. Hoe beter deze spiegels reflecteren, hoe sneller chips gemaakt kunnen worden. Fokkema: ‘Ik heb de nieuwe microscoop gebruikt om eens goed in kaart te brengen wat er gebeurt als zo’n spiegel wordt gemaakt. Als je echt weet wat nog niet optimaal verloopt of juist heel goed werkt in de productie van zo’n film, heb je natuurlijk een heel groot voordeel bii het verbeteren van het productieproces.’

Nieuw type experimenten

Met het onderzoek van Fokkema is de deur geopend voor een nieuw type experimenten. Naast de multilaagspiegel zijn er tal van andere dunne film-systemen die nu onderzocht kunnen worden. Vanuit verschillende perspectieven is dit interessant. Voor de natuurkundige die geïnteresseerd is in hoe de natuur in elkaar steekt, voor de industrie die betere dunne films wil hebben voor allerhande toepassingen en voor de samenleving als geheel, die van de technologische vooruitgang kan profiteren. ‘Bijna iedereen heeft tegenwoordig een smartphone’, aldus Fokkema.