Princippet om vakuumbelægning afsløres: teknisk fundament, processtrøm og industriapplikation

Det er en proces med at afsætte materialer på en substratoverflade ved hjælp af fysiske eller kemiske metoder i et lavtryksmiljø for at danne en tynd film. Gennem denne teknologi kan der opnås højrulhed og højpræcisions tyndfilmaflejring, hvilket giver den specifikke optiske, elektriske, mekaniske og andre egenskaber. Derfor har vakuumbelægning vigtig applikationsværdi i moderne industri. I halvlederproduktion bruges for eksempel vakuumbelægning til at producere forskellige funktionelle lag på skiver; Inden for optik kan anti -reflektion og anti -reflektionseffekter opnås gennem belægning; I mekanisk fremstilling,Vakuumbelægningkan forbedre komponenternes slidstyrke og korrosionsmodstand.

Grundlæggende teori om vakuumbelægning

A. Grundlæggende om vakuumteknologi

1. Definition og måling af vakuum

Vakuum henviser til et gasmiljø under et atmosfærisk tryk (760 millimeter kviksølv, 101325 PA). I henhold til de forskellige grader af vakuum kan vakuum opdeles i lavt vakuum, medium vakuum, højt vakuum og ultrahøj vakuum. Måling af vakuumgrad udføres normalt ved hjælp af trykmålere, såsom maclehose -trykmålere, pirani -målere og kolde katodemålere.

2. vakuumindsamlingsmetode

Mekanisk pumpe: Mekaniske pumper udladesgas gennem mekanisk bevægelse, almindeligt inklusive roterende vingpumper og membranpumper. Disse pumper er egnede til at få lavt og mellemstore vakuum.

Molekylær pumpe: En molekylær pumpe anvender en højhastigheds roterende rotor til mekanisk at udvise gas, der er egnet til opnåelse af høj og ultrahøj vakuum.

Turbopump: Turbomolekylær pumpe kombinerer fordelene ved mekanisk pumpe og molekylær pumpe, opnår effektiv pumpning gennem multi-trins roterende klinger og er vidt brugt i høje vakuumsystemer.

B. Tynd filmfysik

Klassificering og grundlæggende egenskaber ved tynde film

I henhold til forberedelsesmetoden og formålet kan tynde film opdeles i metalfilm, keramiske film, polymerfilm osv. De grundlæggende egenskaber ved tynde film inkluderer tykkelse, ensartethed, vedhæftning, hårdhed, optiske egenskaber (såsom transmission og refleksionsevne) og elektriske egenskaber (såsom ledningsevne og dielektrisk konstant).

Den grundlæggende proces og mekanisme for vækst i tynd film

Vækstprocessen for tynde film inkluderer normalt stadier såsom nucleation, øvækst, sammenhængende og lagdelt vækst. Nukleation er det indledende trin, hvor atomer eller molekyler samles på substratoverfladen for at danne små øer; Efterhånden som tiden går, forbindes disse små øer gradvist til ark og danner til sidst en kontinuerlig tynd film. Vækstmekanismen er påvirket af faktorer såsom materialeegenskaber, substratoverfladetilstand, deponeringstemperatur og afsætningshastighed.

C. Fundamentals of Materials Science

Almindelige belægningsmaterialer og deres egenskaber

Almindelige belægningsmaterialer inkluderer metaller (såsom aluminium, guld, platin), halvledere (såsom silicium og germanium), keramik (såsom aluminiumoxid og siliciumnitrid) og organiske materialer (såsom polymerer). Forskellige materialer har forskellige fysiske og kemiske egenskaber, og når de vælger belægningsmaterialer, skal deres ydelseskrav i specifikke anvendelser overvejes.

Principper og standarder for valg af materiale

Principperne for materialevalg inkluderer kemisk stabilitet, mekaniske egenskaber, optiske egenskaber og elektriske egenskaber. Standarder involverer normalt renhed, partikelstørrelse, urenhedsindhold osv. På materialer for at sikre kvaliteten og funktionelle egenskaber ved tynde film.

De vigtigste metoder og principper for vakuumbelægning

A. Fysisk dampaflejring (PVD)

Oversigt og klassificering

Fysisk dampaflejring (PVD) er en teknik, der bruger fysiske processer til at deponere materialer på underlagsoverfladen. Hovedkategorierne inkluderer fordampningsbelægning, sputtering af belægning og ionbelægning.

Specifikke procesprincipper og trin

Fordampningsbelægning: Materialet fordamper ved høj temperatur og aflaster en tynd film på underlaget gennem et vakuumsystem. Almindelige varmekilder inkluderer modstandsopvarmning og elektronstråleopvarmning.

Sputtering af belægning: Ved bombardering med inerte gasioner er målmaterialatomerne sputteret på underlaget for at danne en tynd film. Almindelige metoder inkluderer DC -sputtering og RF -sputtering.

Ionbelægning: Under virkningen af ​​en ionkilde accelereres ioniserede materialer til at deponere på underlaget, der ofte bruges til at fremstille belægninger med høj hårdhed.

Fordele, ulemper og anvendelsesområde

Fordelene ved PVD -teknologi inkluderer tynd filmdensitet, stærk vedhæftning og lav processtemperatur

, men udstyret er komplekst, og omkostningerne er høje. Velegnet til fremstilling af metal-, legering og keramiske tynde film, der er vidt brugt inden for elektronik, optik og dekoration.

B. Kemisk dampaflejring (CVD)

Det grundlæggende koncept om CVD

Kemisk dampaflejring (CVD) er en teknik til at afsætte tynde film på en substratoverflade gennem kemiske reaktioner. Reaktionsgassen nedbrydes eller gennemgår kemiske reaktioner ved høje temperaturer, hvilket genererer faste aflejringer.

Forskellige CVD -metoder

CVD med lavt tryk (LPCVD): reagerer i et miljø med lavt tryk med høj filmkvalitet og god ensartethed, der er egnet til halvlederindustrien.

Plasmaforbedret CVD (PECVD): anvendelse af plasma til at fremskynde kemiske reaktioner og reducere reaktionstemperaturen, der er egnet til temperaturfølsomme materialer.

Metal organisk kemisk dampaflejring (MOCVD): Ved hjælp af organiske metalforbindelser som forstadier er det velegnet til fremstilling af komplekse sammensatte tynde film, såsom III-V halvledermaterialer.

Procesegenskaber og applikationseksempler

Egenskaberne ved CVD -proces er tæt film, høj renhed og god ensartethed, men høj temperatur og komplekst udstyr. Bredt brugt i halvlederenheder, solceller, optiske belægninger og andre felter.

C. Atomlagaflejring (ALD)

Den unikke mekanisme og trin i ALD

Atomlagets afsætning (ALD) er en teknik, der nøjagtigt kontrollerer tykkelsen af ​​tynde film ved skiftevis at levere forløbergas og reaktionsgas og afsætte atomlag lag for lag på underlagsoverfladen. Dens unikke selvbegrænsende reaktionsmekanisme muliggør præcis kontrol af filmtykkelse til nanoskalaen.

Sammenligning med PVD og CVD

Sammenlignet med PVD og CVD ligger fordelene ved ALD i præcis kontrol af filmtykkelse, høj ensartethed og stærk evne til at dække komplekse strukturer. Afsætningshastigheden er imidlertid langsommere, hvilket gør den velegnet til applikationer, der kræver ekstremt høj præcision og ensartethed.

ansøgning udsigt

ALD -teknologi har brede applikationsudsigter inden for felter som mikroelektronik, nanoteknologi og biomedicin, såsom fremstilling af høje k dielektriske film, nanotråd og biosensorer.

Vakuumbelægningsudstyr og processtrøm

A. Typisk vakuumbelægningsudstyr

Den grundlæggende struktur af belægningsmaskinen

Typisk belægningsudstyr inkluderer vakuumkamre, ekstraktionssystemer, varmesystemer, kontrolsystemer og belægningskilder. Vakuumkammeret giver et lavtryksmiljø, pumpesystemet bruges til at opnå og vedligeholde vakuum, belægningskilden leverer materialer, og kontrolsystemet overvåger og justerer procesparametre.

Almindelige enhedstyper

Fordampningsbelægningsmaskine: Materialet fordampes og deponeres på underlaget gennem modstandsopvarmning eller elektronstråleopvarmning.

Sputtering Coating Machine: Målmaterialets atomer sputteres på underlaget gennem magnetron -sputtering eller radiofrekvens sputtering.

Ionpladeringsudstyr: Brug af en ionkilde til at generere højenergi-ionbjælker til at deponere tynde film, der ofte bruges til fremstilling af hårde belægninger.

B. Processtrøm

Pre -behandlingsproces

Før belægning skal substratoverfladen rengøres og forbehandles for at fjerne overfladeforurenende stoffer og oxidlag, hvilket sikrer filmens vedhæftning og ensartethed. Almindelige metoder inkluderer ultralydsrensning, kemisk rengøring og plasmarensning.

Belægningsproces

Nøglen til belægningsprocessen er optimering af kontrolparametre, herunder vakuumgrad, temperatur, gasstrømningshastighed og deponeringshastighed. Disse parametre påvirker direkte filmens kvalitet og ydeevne.

Postbehandlingsproces

Filmen efter belægning kræver ofte efterbehandling, såsom annealing og passivering, for at forbedre filmens fysiske og kemiske egenskaber og stabilitet.

C. Processtyring og optimering

Kontrol af parametre såsom vakuumgrad, temperatur, atmosfære osv.

Ved nøjagtigt at kontrollere vakuumgraden, afsætningstemperaturen og gassammensætningen kan vækstprocessen for tynde film optimeres, og filmens ensartethed og ydeevne kan forbedres.

Kontrol af belægningstykkelse og ensartethed

Ved at bruge onlineovervågningsteknologier såsom kvarts krystalmikrobalans og optisk overvågningssystem kan realtidsovervågning og kontrol af belægningstykkelse og ensartethed opnås for at sikre filmens kvalitet.

Kvalitetstest og evalueringsmetoder

Påvisningen af ​​filmkvalitet inkluderer evaluering af fysiske, kemiske og mekaniske egenskaber, såsom filmtykkelse, overflademorfologi, sammensætningsanalyse, adhæsion, hårdhed osv. Almindelige metoder inkluderer scanningselektronmikroskopi (SEM), atomkraftmikroskopi (AFM), røntgenstrålediffraktion (XRD) og spektroscopisk analyse.

Anvendelseseksempler på vakuumbelægning

A. Elektronik og halvlederindustri

Integreret kredsløbsproduktion

Vakuumbelægningsteknologi bruges i integreret kredsløbsproduktion til indskudsmetalforbindelseslag, isoleringslag og beskyttelseslag. Den højpræcisionsbelægningsproces sikrer kredsløbsydelse og pålidelighed.

Belægningsteknologi til skærme og sensorer

I displayfremstilling bruges vakuumbelægning til at deponere gennemsigtige ledende film og optiske film; I sensorproduktion bruges coating -teknologi til at fremstille følsomme komponenter og beskyttelseslag, hvilket forbedrer følsomheden og holdbarheden af ​​sensorer.

B. Optik og optoelektronik

Typer og applikationer af optiske tynde film

Optiske tynde film inkluderer anti -reflekterende film, anti -reflekterende film, filterfilm og reflekterende film. Ved nøjagtigt at kontrollere filmens tykkelse og optiske egenskaber kan der opnås specifikke optiske effekter, såsom reduktion af reflektion, forbedring af transmission og selektiv filtrering.

Anvendelsen af ​​belægning i lasere og optiske enheder

I lasere og optiske enheder bruges vakuumbelægningsteknologi til at fremstille spejle med højtydende spejle, vinduer og linser, hvilket forbedrer effektiviteten og stabiliteten af ​​optiske systemer.

C. Mekaniske og beskyttende applikationer

Hård belægning og slidbestandig belægning

Hårdt belægninger og slidbestandige belægninger tilberedes gennem vakuumbelægningsteknologi og bruges vidt brugt i værktøjer, forme og mekaniske dele for at forbedre deres slidstyrke og levetid.

Anvendelse af anti-korrosionsbelægninger

Anti-korrosionsbelægninger deponerer et lag korrosionsbestandige materialer, såsom krom og titanium, på metaloverfladen gennem vakuumbelægningsteknologi for at forbedre dens korrosionsmodstand og udvide udstyrets levetid.

D. Ansøgninger i nye felter

Vakuumbelægning i nanoteknologi

I nanoteknologi bruges vakuumbelægning til at fremstille nanoskala -strukturer og tynde film, såsom nanotråde, nanopartikler og kvanteprikker, påført i felter såsom elektronik, optoelektronik og katalyse.

Biomedicinske anvendelser

Vakuumbelægningsteknologi bruges i biomedicinske applikationer til fremstilling af funktionelle belægninger på biokompatible film, sensorer og overflader med medicinsk udstyr, hvilket forbedrer deres ydeevne og sikkerhed.