لایه نشانی چرخشی (اسپین کوتر)

لایه نشانی چرخشی (اسپین کوتر)

لایه نشانی چرخشی
(پوشش دهی دورانی) به انگلیسی (Spin Coating) روشی رایج، در علوم و مهندسی، برای نشاندن لایه‌های نازک و یکنواخت مواد بر روی یک زیر ساخت مسطح است. در این روش محلول پلیمري در مدت زمان کمی روي زیرلایه هاي مسطح به طور یکنواخت نشانده می شود.
مراحل لایه نشانی چرخشی
1-ریختن محلول بر روي زیر لایه: در این مرحله بسته به غلظت محلول، تمام یا قسمتی از زیر لایه با محلول پوشانده می شود . مقدار محلولی که صرف این کار می شود بسیار بیشتر از مقداري است که در پایان بر روي زیر لایه باقی می ماند.
2-شتاب گرفتن صفحه چرخان: در این مرحله، صفحه چرخنده تا سرعت نهایی شتاب می گیرد. برآیند نیروي گریز از مرکز و نیروي ناشی از تغییر سرعت، باعث پخش شدن محلول روي زیرلایه می شوند ولایه هاي بالاتر محلول که نسبت به زیر لایه چسبندگی کمتري دارند، بصورت شعاعی از سیستم خارج می شوند. در این مرحله، مقدار زیادي از محلول خارج می شود.
3-چرخش با سرعت ثابت: در این مرحله، لایه نازك تر می شود. نیروي گریز از مرکز و نیروي چسبندگی در این بخش وجود دارند. در این مرحله، لایه بطور تقریبی به ضخامت
نهایی می رسد.

شکل ( 1) : مراحل لایه نشانی چرخشی
  • عواملی که در بدست آمدن فیلم همگن و یکنواخت موثراست عبارت اند از:
  • سرعت چرخش
  • زمان چرخش
  • غلظت محلول
دستگاه لایه نشانی چرخشی ( اسپین کوتر) شرکت توسعه فناوری های نوین نانو مقیاس( توس نانو)
عوامل موثر بر ضخامت در روش لایه نشانی چرخشی
گزارش هاي زیادي در مورد عوامل مختلف در لایه نشانی چرخشی ارائه شده است. همچنین مدل هاي مختلفی در توجیه نتایج تجربی ارائه شده است. در تمامی این گزارش ها غلظت محلول، سرعت لایه نشانی و نوع حلال مهمترین نقش را در تعیین ضخامت نهایی داشته اند. گر چه این عوامل در تمام لایه نشانی ها مشترك است ولی هنوز فرمول جامعی براي محاسبه ضخامت نهایی ارائه نشده است و بسیاري از مدل هاي ارائه شده بر مبناي پارامترهاي بسیار متنوعی استوارندکه بطور عملی اندازه گیري تمامی آن ها کارمشکلی است . رابطه غلظتC)  (و سرعت چرخش (ω)  به ضخامت(d ) به صورت تابع توانی به صورت زیر گزارش شده است:
در این رابطه α ثابتی می باشد که از روش های تجربی تعیین شده است ، ثابت α به پارامتر های مختلفی مانند خواص فیزیکی پلیمرها، حلال ها، زیرلایه مورد استفاده، واکنش پلیمر با حلال یا محلول پلیمري با زیر لایه بستگی دارد. بیشتر افرادي که در این زمینه کار می کنند، این ثابت را  5/0- در نظر می گیرند.
محدودیت این روش این است که براي ایجاد ساختارهاي چندلایه حلال ها باید به گونه اي باشند که لایه قبلی در آن حل نشوند و با توجه به این که اکثر مواد آلی در حلال هاي مشخصی حل می شوند و حلال مشترك دارند، محدودیت در ساخت چندلایه اي وجود دارد.
معایب متداول در عملیات لایه نشانی چرخشی
1- وجود حباب روي سطح لایه نشانی شده که دلیل آن توزیع ناقص محلول روي زیر لایه است (شکل 2- الف)
2-وجود نقش هاي چرخش روي سطح لایه نشانی شده که دلیل آن شتاب خیلی بالا و زمان چرخش
          کوتاه می باشد. (شکل 2- ب)
3-نواحی بدون پوشش روي سطح که دلیل آن کمبود محلول یا توزیع نامناسب آن روي سطح می باشد. (شکل 2-ج)
4-ایجاد حفره هایی در سطح که دلیل آن حباب هاي هوا، ذرات موجود در محلول و یا ذرات موجود
روي سطح زیرلایه می باشد .(شکل 2-د)
این 4 اثر متداول در شکل ( 2) نشان داده شده اند:
 (الف)   (ب)(ج)    (د)
شکل( 2) :  معایب متداول لایه نشانی چرخشی
 
کاربردها

روش پوشش دورانی معمولاً برای لاک زدن روی قرص‌های زیر ساخت در صنعت میکروالکترونیک و فناوری میکرو استفاده می‌شود. ضخامت لایه ایجاد شده بهگرانرویلاک نوری، سرعت دورانی، شتاب و طول زمان چرخش وابسته ‌است. در میکروالکترونیک ضخامت‌هایی در حدود چند میکرومتر و کمتر مرسومند زیرا که لاک نوری فقط به عنوان یک پوشش محافظ یا پوشش قربانی استفاده می‌شود و ساختار اصلی روی خودمتن کوچک قرص قرار می‌گیرد. ولی در فناوری میکرو بعضاً ساختارهایی از جنس خود لاک تولید می‌شود که در آن نیاز به ایجاد لایه‌های ضخیم تر وجود دارد. از دیگرکاربرد های این روش می‌توان از لایه نشانی انواع مواد آلی و شیمیایی، لایه‌نشانی انواع سل ژل، یا پوشش رنگ نام برد.
این تکنیک معمولا براي لایه نشانی پلیمرها استفاده می شود زیرا پلیمرها رانمی توان به روش تبخیر حرارتی لایه نشانی کرد زیرا در دماهاي بالا ، پلیمرها به منومر تجزیه میشوند و خواص آنها تغییرمی کند.