Principen om vakuumbeläggning avslöjas: teknisk grund, processflöde och industrinapplikation

Det är en process med deponeringsmaterial på en substratyta med hjälp av fysiska eller kemiska metoder i en lågtrycksmiljö för att bilda en tunn film. Genom denna teknik kan hög renhet och hög precision tunnfilmavlagring uppnås, vilket ger den specifika optiska, elektriska, mekaniska och andra egenskaper. Därför har vakuumbeläggning ett viktigt applikationsvärde i modern industri. Till exempel, vid halvledartillverkning, används vakuumbeläggning för att producera olika funktionella skikt på skivor; Inom optik kan anti -reflektion och anti -reflektionseffekter uppnås genom beläggning; I mekanisk tillverkning,vakuumbeläggningkan förbättra slitmotståndet och korrosionsmotståndet hos komponenterna.

Grundläggande teori om vakuumbeläggning

A. Grundläggande vakuumteknik

1. Definition och mätning av vakuum

Vakuum hänvisar till en gasmiljö under ett atmosfärstryck (760 millimeter kvicksilver, 101325 PA). Enligt de olika graderna av vakuum kan vakuum delas upp i lågt vakuum, medelvakuum, högt vakuum och ultralätt vakuum. Mätningen av vakuumgraden utförs vanligtvis med tryckmätare, såsom MacLehose -tryckmätare, Pirani -mätare och kalla katodmätare.

2. Metod för vakuumförvärv

Mekanisk pump: Mekaniska pumpar släpper ut gas genom mekanisk rörelse, vanligtvis inklusive roterande skovelpumpar och membranpumpar. Dessa pumpar är lämpliga för att erhålla lågt och medium vakuum.

Molekylpump: En molekylpump använder en höghastighets roterande rotor för att mekaniskt utvisa gas, lämplig för att erhålla högt och ultrahögt vakuum.

Turbopump: Turbomolecular Pump kombinerar fördelarna med mekanisk pump och molekylpump, vilket uppnår effektiv pump genom flerstegs roterande blad och används ofta i höga vakuumsystem.

B. tunn filmfysik

Klassificering och grundläggande egenskaper för tunna filmer

Enligt beredningsmetoden och syftet kan tunna filmer delas upp i metallfilmer, keramiska filmer, polymerfilmer etc. De grundläggande egenskaperna för tunna filmer inkluderar tjocklek, enhetlighet, vidhäftning, hårdhet, optiska egenskaper (såsom transmittans och reflektivitet) och elektriska egenskaper (såsom ledningsförmåga och dielektrisk konstant).

Den grundläggande processen och mekanismen för tunn filmtillväxt

Tillväxtprocessen för tunna filmer inkluderar vanligtvis stadier som kärnbildning, öutväxt, sammanhängande och skiktad tillväxt. Kärnbildning är det inledande steget där atomer eller molekyler samlas på substratytan för att bilda små öar; När tiden går ansluter dessa små öar gradvis till lakan och bildar så småningom en kontinuerlig tunn film. Tillväxtmekanismen påverkas av faktorer såsom materialegenskaper, substratyttillstånd, avsättningstemperatur och avsättningshastighet.

C. Fundamentals of Materials Science

Vanliga beläggningsmaterial och deras egenskaper

Vanliga beläggningsmaterial inkluderar metaller (såsom aluminium, guld, platina), halvledare (såsom kisel och germanium), keramik (såsom aluminiumoxid och kiselnitrid) och organiska material (såsom polymerer). Olika material har olika fysiska och kemiska egenskaper, och när du väljer beläggningsmaterial måste deras prestandakrav i specifika applikationer beaktas.

Principer och standarder för materialval

Principerna för materialval inkluderar kemisk stabilitet, mekaniska egenskaper, optiska egenskaper och elektriska egenskaper. Standarder involverar vanligtvis renhet, partikelstorlek, föroreningsinnehåll etc. för material för att säkerställa kvaliteten och funktionella egenskaper hos tunna filmer.

De viktigaste metoderna och principerna för vakuumbeläggning

A. Fysisk ångavsättning (PVD)

Översikt och klassificering

Fysisk ångavsättning (PVD) är en teknik som använder fysiska processer för att avsätta material på underlagsytan. De viktigaste kategorierna inkluderar förångningsbeläggning, sputteringsbeläggning och jonplätering.

Specifika processprinciper och steg

Evaporativ beläggning: Materialet förångas vid hög temperatur och avsätter en tunn film på underlaget genom ett vakuumsystem. Vanliga värmekällor inkluderar motståndsuppvärmning och elektronstråleuppvärmning.

Sputtering -beläggning: Genom att bombardera med inerta gasjoner sputras målmaterialatomerna på underlaget för att bilda en tunn film. Vanliga metoder inkluderar DC -sputtering och RF -sputtering.

Jonplätering: Under verkan av en jonkälla accelereras joniserade material för att avsätta på underlaget, vanligtvis används för att framställa höga hårdhetsbeläggningar.

Fördelar, nackdelar och tillämpningsområde

Fördelarna med PVD -teknik inkluderar tunn filmtäthet, stark vidhäftning och låg processtemperatur

, men utrustningen är komplex och kostnaden är hög. Lämplig för beredning av metall, legering och keramiska tunna filmer, som är allmänt används inom områdena elektronik, optik och dekoration.

B. Chemical Vapor Deposition (CVD)

Det grundläggande begreppet CVD

Chemical Vapor Deposition (CVD) är en teknik för att avsätta tunna filmer på en substratytan genom kemiska reaktioner. Reaktionsgasen sönderdelar eller genomgår kemiska reaktioner vid höga temperaturer, vilket genererar fasta avlagringar.

Olika CVD -metoder

Lågtryck CVD (LPCVD): reagerar i en lågtrycksmiljö, med hög filmkvalitet och god enhetlighet, lämplig för halvledarindustrin.

Plasmaförstärkt CVD (PECVD): Använd plasma för att påskynda kemiska reaktioner och minska reaktionstemperaturen, lämplig för temperaturkänsliga material.

Metall Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD): Med hjälp av metallorganiska föreningar som föregångare är det lämpligt för att framställa komplexa sammansatta tunna filmer, såsom III-V halvledarmaterial.

Processegenskaper och applikationsexempel

Egenskaperna hos CVD -processen är tät film, hög renhet och god enhetlighet, men hög temperatur och komplex utrustning. Används allmänt i halvledarenheter, solceller, optiska beläggningar och andra fält.

C. Atomlageravsättning (ALD)

ALD: s unika mekanism och steg

Atomlageravsättning (ALD) är en teknik som exakt styr tjockleken på tunna filmer genom att växelvis leverera föregångare gas och reaktionsgas och avsätta atomlager skikt för skikt på substratytan. Dess unika självbegränsande reaktionsmekanism möjliggör exakt kontroll av filmtjockleken till nanoskala.

Jämförelse med PVD och CVD

Jämfört med PVD och CVD ligger fördelarna med ALD i exakt kontroll av filmtjocklek, hög enhetlighet och stark förmåga att täcka komplexa strukturer. Avlagringshastigheten är emellertid långsammare, vilket gör den lämplig för applikationer som kräver extremt hög precision och enhetlighet.

applikationsprospekt

ALD -teknik har breda tillämpningsmöjligheter inom fält som mikroelektronik, nanoteknologi och biomedicin, såsom beredning av höga K -dielektriska filmer, nanotrådar och biosensorer.

Vakuumbeläggningsutrustning och processflöde

A. Typisk vakuumbeläggningsutrustning

Beläggningsmaskinens grundstruktur

Typisk beläggningsutrustning inkluderar vakuumkamrar, extraktionssystem, värmesystem, styrsystem och beläggningskällor. Vakuumkammaren ger en lågtrycksmiljö, pumpsystemet används för att erhålla och underhålla vakuum, beläggningskällan tillhandahåller material och styrsystemet övervakar och justerar processparametrar.

Vanliga enhetstyper

Evaporativ beläggningsmaskin: Materialet indunstas och avsätts på underlaget genom motståndsuppvärmning eller elektronstråleuppvärmning.

Sputteringsbeläggningsmaskin: Målmaterialatomerna sputteras på underlaget genom magnetronsputtering eller radiofrekvenssputtering.

Jonpläteringsutrustning: Använda en jonkälla för att generera jonstrålar med hög energi för att avsätta tunna filmer, vanligtvis används vid beredningen av hårda beläggningar.

B. Processflöde

Förbehandlingsprocess

Innan beläggningen måste substratytan rengöras och förbehandlas för att avlägsna ytföroreningar och oxidlager, vilket säkerställer vidhäftningen och enhetligheten i filmen. Vanliga metoder inkluderar ultraljudsrengöring, kemisk rengöring och plasmarengöring.

Beläggningsprocess

Nyckeln till beläggningsprocessen är optimering av kontrollparametrar, inklusive vakuumgrad, temperatur, gasflödeshastighet och avsättningshastighet. Dessa parametrar påverkar direkt filmens kvalitet och prestanda.

Efterbehandlingsprocess

Filmen efter beläggning kräver ofta efterbehandling, såsom glödgning och passivering, för att förbättra de fysiska och kemiska egenskaperna och stabiliteten i filmen.

C. Processkontroll och optimering

Kontroll av parametrar som vakuumgrad, temperatur, atmosfär osv.

Genom att exakt kontrollera vakuumgraden, deponeringstemperaturen och gaskompositionen kan tillväxtprocessen för tunna filmer optimeras och filmernas enhetlighet och prestanda kan förbättras.

Kontroll av beläggningstjocklek och enhetlighet

Genom att använda online-övervakningsteknologier som kvartskristallmikrobalans och optiskt övervakningssystem kan realtidsövervakning och kontroll av beläggningstjocklek och enhetlighet uppnås för att säkerställa filmens kvalitet.

Kvalitetstestning och utvärderingsmetoder

Upptäckten av filmkvalitet inkluderar utvärdering av fysiska, kemiska och mekaniska egenskaper, såsom filmtjocklek, ytmorfologi, kompositionsanalys, vidhäftning, hårdhet, etc. Vanliga metoder inkluderar skanningselektronmikroskopi (SEM), atomkraftsmikroskopi (AFM), röntgendiffraktion (XRD) och spektroskopisk analys.

Applikationsexempel på vakuumbeläggning

A. Elektronik och halvledarindustri

Integrerad kretstillverkning

Vakuumbeläggningsteknologi används i integrerad kretstillverkning för att avsätta metallkonnektlager, isoleringsskikt och skyddsskikt. Den högprecisionsbeläggningsprocessen säkerställer kretsprestanda och tillförlitlighet.

Beläggningsteknik för skärmar och sensorer

Vid tillverkning av skärm används vakuumbeläggning för att sätta in transparenta ledande filmer och optiska filmer; Vid sensortillverkning används beläggningstekniken för att framställa känsliga komponenter och skyddande lager, vilket förbättrar sensorernas känslighet och hållbarhet.

B. Optik och optoelektronik

Typer och tillämpningar av optiska tunna filmer

Optiska tunna filmer inkluderar anti -reflekterande filmer, anti -reflekterande filmer, filterfilmer och reflekterande filmer. Genom att exakt kontrollera filmens tjocklek och optiska egenskaper kan specifika optiska effekter uppnås, såsom att minska reflektion, förbättra transmittans och selektiv filtrering.

Applicering av beläggning i lasrar och optiska enheter

I lasrar och optiska enheter används vakuumbeläggningsteknologi för att tillverka högpresterande speglar, fönster och linser, vilket förbättrar effektiviteten och stabiliteten hos optiska system.

C. Mekaniska och skyddande applikationer

Hård beläggning och slitstöd

Hårda beläggningar och slitstödda beläggningar framställs genom vakuumbeläggningsteknik och används allmänt i verktyg, formar och mekaniska delar för att förbättra deras slitmotstånd och livslängd.

Applicering av korrosionsbeläggningar

Anti-korrosionsbeläggningar avsätter ett skikt av korrosionsbeständiga material, såsom krom och titan, på metallytan genom vakuumbeläggningsteknik för att förbättra dess korrosionsbeständighet och förlänga utrustningens livslängd.

D. Applikationer inom tillväxtfält

Vakuumbeläggning i nanoteknik

I nanoteknologi används vakuumbeläggning för att förbereda nanoskala strukturer och tunna filmer, såsom nanotrådar, nanopartiklar och kvantprickar, applicerade i fält som elektronik, optoelektronik och katalys.

Biomedicinska tillämpningar

Vakuumbeläggningsteknologi används i biomedicinska applikationer för att tillverka funktionella beläggningar på biokompatibla filmer, sensorer och medicintekniska ytor, vilket förbättrar deras prestanda och säkerhet.