Принципът на вакуумното покритие е разкрит: Техническа основа, процесен поток и приложение на индустрията

Това е процес на отлагане на материали върху повърхност на субстрата, използвайки физически или химически методи в среда с ниско налягане, за да се образува тънък филм. Чрез тази технология може да се постигне високо чистота и високо прецизно отлагане на тънък филм, което му дава специфични оптични, електрически, механични и други свойства. Следователно вакуумното покритие има важна стойност на приложението в съвременната индустрия. Например при производството на полупроводници вакуумното покритие се използва за производство на различни функционални слоеве на вафли; В областта на оптиката могат да се постигнат анти отражение и анти отражателни ефекти чрез покритие; В механичното производство,вакуумно покритиеможе да подобри устойчивостта на износване и устойчивост на корозия на компонентите.

Основна теория на вакуумното покритие

А. Основи на вакуумната технология

1. Определение и измерване на вакуум

Вакуумът се отнася до газова среда под едно атмосферно налягане (760 милиметра живак, 101325 PA). Според различните степени на вакуум, вакуумът може да бъде разделен на нисък вакуум, среден вакуум, висок вакуум и ултра-висок вакуум. Измерването на вакуумната степен обикновено се извършва с помощта на измервателни уреди под налягане, като манометър за налягане на маклето, пиратски габарити и студени катодни измервателни уреди.

2. Метод за придобиване на вакуум

Механична помпа: Механични помпи изпускащи газ през механично движение, обикновено включително помпи с въртяща се лопатка и диафрагменни помпи. Тези помпи са подходящи за получаване на нисък и среден вакуум.

Молекулярна помпа: Молекулярна помпа използва високоскоростен въртящ се ротор, за да изхвърли механично газ, подходящ за получаване на висок и ултра висок вакуум.

Turbopump: Турбомолекуларната помпа съчетава предимствата на механичната помпа и молекулярната помпа, постигайки ефективно изпомпване чрез многоетапни въртящи се остриета и се използва широко във високо вакуумни системи.

Б. Физика на тънките филми

Класификация и основни свойства на тънки филми

Според метода и целта на подготовката, тънките филми могат да бъдат разделени на метални филми, керамични филми, полимерни филми и др. Основните свойства на тънки филми включват дебелина, равномерност, адхезия, твърдост, оптични свойства (като предавателност и отражателна способност) и електрически свойства (като проводимост и диелектрична константа).

Основният процес и механизъм на растежа на тънките филми

Процесът на растеж на тънки филми обикновено включва етапи като ядрено, растеж на острова, съседен и слоест растеж. Нуклеацията е първоначалният етап, в който атомите или молекулите се събират на повърхността на субстрата, за да образуват малки острови; С течение на времето тези малки острови постепенно се свързват в чаршафи, в крайна сметка образуват непрекъснат тънък филм. Механизмът на растеж се влияе от фактори като свойства на материала, състояние на повърхността на субстрата, температура на отлагане и скорост на отлагане.

В. Основи на науката за материалите

Общи материали за покритие и техните характеристики

Общите материали за покритие включват метали (като алуминий, злато, платина), полупроводници (като силиций и германий), керамика (като алуминиев оксид и силициев нитрид) и органични материали (като полимери). Различните материали имат различни физически и химични свойства и при избора на материали за покритие трябва да се вземат предвид техните изисквания за производителност в специфични приложения.

Принципи и стандарти за избор на материали

Принципите на подбор на материали включват химическа стабилност, механични свойства, оптични свойства и електрически свойства. Стандартите обикновено включват чистотата, размера на частиците, съдържанието на нечистота и др., За да се гарантира качеството и функционалните характеристики на тънки филми.

Основните методи и принципи на вакуумното покритие

А. Физическо отлагане на пари (PVD)

Преглед и класификация

Физическото отлагане на пари (PVD) е техника, която използва физически процеси за отлагане на материали върху повърхността на субстрата. Основните категории включват покритие за изпаряване, разпръскващо покритие и йонно покритие.

Специфични принципи и стъпки на процеса

Изпарително покритие: Материалът се изпарява при висока температура и отлага тънък филм върху субстрата чрез вакуумна система. Общите източници на топлина включват отопление на устойчивост и отопление на електронния лъч.

Спърващо покритие: Чрез бомбардиране с инертни газови йони атомите на целевия материал се разпръскват върху субстрата, за да образуват тънък филм. Общите методи включват DC разпръскване и RF разпръскване.

Йонно покритие: При действието на източник на йони йонизираните материали се ускоряват да се отлагат върху субстрата, обикновено се използват за приготвяне на покрития с висока твърдост.

Предимства, недостатъци и обхват на приложение

Предимствата на PVD технологията включват плътност на тънките филми, силната адхезия и ниската температура на процеса

, но оборудването е сложно и цената е висока. Подходящ за приготвяне на метални, сплави и керамични тънки филми, широко използвани в полетата на електрониката, оптиката и декорацията.

Б. Химическо отлагане на пари (CVD)

Основната концепция на CVD

Химическото отлагане на пари (CVD) е техника за отлагане на тънки филми върху повърхността на субстрата чрез химични реакции. Реакционният газ се разлага или претърпява химични реакции при високи температури, генерирайки твърди отлагания.

Различни методи на ССЗ

CVD с ниско налягане (LPCVD): Реагира в среда с ниско налягане, с високо качество на филма и добра равномерност, подходяща за полупроводниковата индустрия.

Плазмено усилено CVD (PECVD): Използване на плазмата за ускоряване на химичните реакции и намаляване на температурата на реакцията, подходяща за чувствителни към температурата материали.

Метално отлагане на органични химически пари (MOCVD): Използвайки метални органични съединения като прекурсори, той е подходящ за приготвяне на сложни сложни тънки филми, като III-V полупроводникови материали.

Характеристики на процеса и примери за приложение

Характеристиките на процеса на CVD са плътен филм, висока чистота и добра равномерност, но висока температура и сложно оборудване. Широко използвани в полупроводникови устройства, слънчеви клетки, оптични покрития и други полета.

В. отлагане на атомен слой (ALD)

Уникалният механизъм и стъпките на ALD

Отлагането на атомен слой (ALD) е техника, която прецизно контролира дебелината на тънки филми чрез редуване на прекурсорния газ и реакционен газ и отлагане на атомни слоеве слой по слой върху повърхността на субстрата. Неговият уникален механизъм за самоограничаване на реакцията позволява прецизен контрол на дебелината на филма към наноразмер.

Сравнение с PVD и CVD

В сравнение с PVD и CVD, предимствата на ALD се намират в прецизен контрол на дебелината на филма, високата равномерност и силната способност за покриване на сложни структури. Въпреки това, скоростта на отлагане е по -бавна, което го прави подходящ за приложения, които изискват изключително висока точност и равномерност.

перспектива за кандидатстване

ALD технологията има широки перспективи за приложение в области като микроелектроника, нанотехнологии и биомедицин, като получаване на високи K диелектрични филми, нанопроводници и биосензори.

Вакуумно покритие и обработен поток

А. Типично оборудване за вакуумно покритие

Основната структура на покритието

Типичното оборудване за покритие включва вакуумни камери, екстракционни системи, отоплителни системи, контролни системи и източници на покритие. Вакуумната камера осигурява среда с ниско налягане, помпената система се използва за получаване и поддържане на вакуум, източникът на покритие осигурява материали, а системата за управление монитори и регулира параметрите на процеса.

Общи видове устройства

Машина за изпаряване на покритието: Материалът се изпарява и се отлага върху субстрата чрез отопление на съпротивление или отопление на електронния лъч.

Машина за разпръскване на покритие: Атомите на целевия материал се разпръскват върху субстрата чрез разпръскване на магнетрон или радиочестотно разпръскване.

Оборудване за йонно покритие: Използване на източник на йони за генериране на високоенергийни йонни лъчи за отлагане на тънки филми, често използвани при приготвянето на твърди покрития.

Б. Поток на процеса

Процес на предварителна обработка

Преди покритието, повърхността на субстрата трябва да бъде почистена и предварително обработена, за да се отстранят повърхностните замърсители и оксидните слоеве, като се гарантира адхезията и равномерността на филма. Общите методи включват ултразвуково почистване, химическо почистване и плазмено почистване.

Процес на покритие

Ключът към процеса на покритие е оптимизирането на контролните параметри, включително степен на вакуум, температура, дебит на газ и скорост на отлагане. Тези параметри влияят пряко върху качеството и представянето на филма.

Процес след обработка

Филмът след покритие често изисква след лечение, като отгряване и пасивация, за да се подобрят физическите и химичните свойства и стабилността на филма.

В. Контрол и оптимизация на процесите

Контрол на параметри като степен на вакуум, температура, атмосфера и т.н.

Чрез прецизно контролиране на вакуумната степен, температурата на отлагане и състава на газа може да се оптимизира процесът на растеж на тънки филми и равномерността и ефективността на филмите могат да бъдат подобрени.

Контрол на дебелината на покритието и равномерността

Чрез използване на технологии за онлайн мониторинг като кварцов кристален микробаланс и система за оптично наблюдение, мониторинг в реално време и контрол на дебелината и равномерността на покритието може да се постигне, за да се гарантира качеството на филма.

Методи за тестване и оценка на качеството

Откриването на качеството на филма включва оценка на физически, химични и механични свойства, като дебелина на филма, повърхностна морфология, анализ на състава, адхезия, твърдост и др. Общите методи включват сканираща електронна микроскопия (SEM), атомна силова микроскопия (AFM), рентгенова дифракция (XRD) и спектроскопичен анализ.

Примери за приложение на вакуумно покритие

А. Електроника и полупроводникова индустрия

Интегрално производство на вериги

Технологията за вакуумно покритие се използва в производството на интегрирани вериги за отлагане на метални слоеве, изолационни слоеве и защитни слоеве. Процесът на покритие с висока точност осигурява производителност и надеждност на веригата.

Технология за покритие за дисплеи и сензори

При производството на дисплея вакуумното покритие се използва за депозиране на прозрачни проводими филми и оптични филми; При производството на сензори се използва технологията за покритие за приготвяне на чувствителни компоненти и защитни слоеве, подобряване на чувствителността и издръжливостта на сензорите.

Б. Оптика и оптоелектроника

Видове и приложения на оптични тънки филми

Оптичните тънки филми включват анти отразяващи филми, анти отражателни филми, филтриращи филми и отразяващи филми. Чрез прецизно контролиране на дебелината и оптичните свойства на филмите могат да бъдат постигнати специфични оптични ефекти, като намаляване на отражението, засилване на пропускливостта и селективно филтриране.

Прилагането на покритие в лазери и оптични устройства

В лазерите и оптичните устройства технологията за вакуумно покритие се използва за производство на високоефективни огледала, прозорци и лещи, подобрявайки ефективността и стабилността на оптичните системи.

В. Механични и защитни приложения

Твърдо покритие и устойчиво на износване покритие

Твърдите покрития и устойчивите на износване покрития се приготвят чрез технологията за вакуумно покритие и широко се използват в инструменти, форми и механични части, за да се подобри тяхната устойчивост на износване и експлоатационен живот.

Прилагане на антикорозионни покрития

Антирозионните покрития отлагат слой от устойчиви на корозия материали, като хром и титан, върху металната повърхност чрез вакуумно покритие, за да се подобри устойчивостта на корозия и да разшири експлоатационния живот на оборудването.

Г. Приложения в нововъзникващи полета

Вакуумно покритие в нанотехнологиите

В нанотехнологиите вакуумното покритие се използва за приготвяне на наноразмерни структури и тънки филми, като нанопроводници, наночастици и квантови точки, прилагани в полета като електроника, оптоелектроника и катализа.

Биомедицински приложения

Технологията за вакуумно покритие се използва в биомедицински приложения за производство на функционални покрития върху биосъвместими филми, сензори и повърхности на медицински изделия, подобрявайки тяхната работа и безопасност.