Принцип вакуумного покрытия выявлен: Технический фонд, поток процессов и применение отрасли

Это процесс осаждения материалов на поверхность субстрата с использованием физических или химических методов в среде низкого давления, чтобы сформировать тонкую пленку. Благодаря этой технологии может быть достигнута тонкая пленка с высокой точкой и высокой устойчивости, что дает ей специфические оптические, электрические, механические и другие свойства. Следовательно, вакуумное покрытие имеет важную ценность применения в современной промышленности. Например, в производстве полупроводников вакуумное покрытие используется для производства различных функциональных слоев на пластинах; В области оптики эффекты против отражения и антифекции могут быть достигнуты путем покрытия; В механическом производстве,вакуумное покрытиеможет улучшить износостойкость и коррозионную стойкость компонентов.

Основная теория вакуумного покрытия

A. Основы вакуумных технологий

1. Определение и измерение вакуума

Вакуум относится к газовой среде ниже одного атмосферного давления (760 миллиметров ртути, 101325 PA). Согласно различной степени вакуума, вакуум может быть разделен на низкий вакуум, средний вакуум, высокий вакуум и ультра-высокий вакуум. Измерение степени вакуума обычно проводится с использованием давления, таких как датчики Maclehose, датчики пирани и датчики холодного катода.

2. Метод сбора вакуума

Механический насос: механические насосы сбросат газ через механическое движение, обычно включающее насосы вращения и насосы диафрагмы. Эти насосы подходят для получения низкого и среднего вакуума.

Молекулярный насос: молекулярный насос использует высокоскоростный вращающийся ротор для механического выброса газа, подходящего для получения высокого и сверхвысокого вакуума.

Турбозм: турбомолекулярный насос объединяет преимущества механического насоса и молекулярного насоса, достигая эффективной накачки через многостадийные вращающиеся лопасти и широко используется в высоких вакуумных системах.

B. Физика тонкой пленки

Классификация и основные свойства тонких пленок

Согласно методу приготовления и цели, тонкие пленки можно разделить на металлические пленки, керамические пленки, полимерные пленки и т. Д. Основные свойства тонких пленок включают толщину, однородность, адгезию, твердость, оптическую свойства (такие как коэффициент пропускания и отражательность) и электрические свойства (такие как проводимость и констатация диэлектрической константы).

Основной процесс и механизм роста тонкой пленки

Процесс роста тонких пленок обычно включает в себя такие этапы, как зарождение, рост острова, смежный и многослойный рост. Зарождение - это начальная стадия, на которой атомы или молекулы собираются на поверхности субстрата, образуя небольшие острова; Со временем эти маленькие острова постепенно соединяются с простынями, в конечном итоге образуя непрерывную тонкую пленку. На механизм роста влияет такие факторы, как свойства материала, состояние поверхности субстрата, температура осаждения и скорость осаждения.

C. Основы материаловедения

Общие материалы для покрытия и их характеристики

Распространенные материалы для покрытия включают металлы (такие как алюминий, золото, платина), полупроводники (такие как кремний и германия), керамика (такая как оксид алюминия и нитрид кремния) и органические материалы (такие как полимеры). Различные материалы обладают разными физическими и химическими свойствами, и при выборе материалов для покрытия необходимо учитывать требования к их производительности в конкретных приложениях.

Принципы и стандарты для выбора материала

Принципы выбора материала включают химическую стабильность, механические свойства, оптические свойства и электрические свойства. Стандарты обычно включают чистоту, размер частиц, содержание примесей и т. Д. Материалов, чтобы обеспечить качество и функциональные характеристики тонких пленок.

Основные методы и принципы вакуумного покрытия

А. Физическое осаждение пары (PVD)

Обзор и классификация

Физическое осаждение пара (PVD) - это метод, который использует физические процессы для отложения материалов на поверхность субстрата. Основные категории включают в себя испарительное покрытие, распылительное покрытие и ионное покрытие.

Конкретные принципы и шаги процесса

Испарительное покрытие: материал испаряется при высокой температуре и откладывает тонкую пленку на подложке через вакуумную систему. Обычные источники тепла включают нагрев сопротивления и нагревание электронного луча.

Платежное покрытие: бомбардируя с помощью инертных газовых ионов, атомы целевого материала разбрызгивают на подложку, образуя тонкую пленку. Общие методы включают в себя распыление постоянного тока и расщепление радиочастотного распыления.

Ионное покрытие: под действием ионного источника ионизированные материалы ускоряются для осаждения на подложку, обычно используемые для приготовления высокой твердости покрытий.

Преимущества, недостатки и объем применения

Преимущества технологии PVD включают тонкую пленку, сильную адгезию и низкую температуру процесса

, но оборудование сложное, а стоимость высока. Подходит для приготовления металла, сплава и керамических тонких пленок, широко используемых в полях электроники, оптики и украшения.

B. Химическое осаждение пары (CVD)

Основная концепция сердечно -сосудистых заболеваний

Химическое осаждение паров (CVD) представляет собой метод осаждения тонких пленок на поверхности субстрата посредством химических реакций. Реакционный газ разлагается или подвергается химическим реакциям при высоких температурах, генерируя твердые отложения.

Различные методы сердечно -сосудистых заболеваний

CVD с низким давлением (LPCVD): реагирует в среде низкого давления, с высоким качеством пленки и хорошей однородности, подходящими для полупроводниковой промышленности.

Плазма усиление сердечно -сосудистых заболеваний (PECVD): использование плазмы для ускорения химических реакций и снижения температуры реакции, подходящих для материалов, чувствительных к температуре.

Металлическое осаждение органического химического паров (MOCVD): использование металлических органических соединений в качестве предшественников, оно подходит для приготовления сложных тонких пленок соединений, таких как полупроводниковые материалы III-V.

Характеристики процесса и примеры применения

Характеристиками процесса сердечно -сосудистых заболеваний являются плотная пленка, высокая чистота и хорошая однородность, но высокая температура и сложное оборудование. Широко используется в полупроводниковых устройствах, солнечных элементах, оптических покрытиях и других полях.

C. Осаждение атомного слоя (ALD)

Уникальный механизм и шаги ALD

Осаждение атомного слоя (ALD) - это метод, который точно контролирует толщину тонких пленок, попеременно снабжая газ -предшественник и реакционный газ, а атомные слои слоя на слое на поверхности субстрата. Его уникальный механизм реакции самоограничения позволяет точно контролировать толщину пленки до наноразмерного.

Сравнение с PVD и CVD

По сравнению с PVD и CVD преимущества ALD лежат в точном контроле толщины пленки, высокой однородности и сильной способности покрывать сложные структуры. Тем не менее, скорость осаждения медленнее, что делает его подходящим для применений, которые требуют чрезвычайно высокой точности и однородности.

перспектива заявления

Технология ALD имеет широкие перспективы применения в таких областях, как микроэлектроника, нанотехнология и биомедицина, такие как подготовка высоких диэлектрических пленок, нанопроволоков и биосенсоров.

Вакуумное оборудование для покрытия и поток процессов

A. Типичное оборудование для вакуумного покрытия

Основная структура машины для покрытия

Типичное оборудование для покрытия включает вакуумные камеры, системы экстракции, системы отопления, системы управления и источники покрытия. Вакуумная камера обеспечивает среду низкого давления, насосная система используется для получения и поддержания вакуума, источник покрытия предоставляет материалы, а система управления отслеживает и корректирует параметры процесса.

Общие типы устройств

Испарительная машина для покрытия: материал испаряется и осаждается на подложку с помощью нагрева сопротивления или нагрева электронного луча.

Машина для распыления: атомы целевого материала разбрызгивают на подложку с помощью магнетронного распыления или радиочастотного распыления.

Ионное оборудование: использование ионного источника для генерации высокоэнергетических ионных лучей для отложения тонких пленок, обычно используемых при приготовлении твердых покрытий.

Б. Процесс процесса

Процесс предварительной обработки

Перед покрытием поверхность субстрата необходимо очистить и предварительно обработать, чтобы удалить поверхностные загрязнители и оксидные слои, обеспечивая адгезию и однородность пленки. Общие методы включают ультразвуковую чистку, химическую очистку и чистку плазмы.

Процесс покрытия

Ключом к процессу покрытия является оптимизация контрольных параметров, включая вакуумную степень, температуру, скорость потока газа и скорость осаждения. Эти параметры напрямую влияют на качество и производительность фильма.

Процесс после обработки

Фильм после покрытия часто требует после лечения, такой как отжиг и пассивация, чтобы улучшить физические и химические свойства и стабильность пленки.

C. Управление и оптимизация процесса

Контроль параметров, таких как вакуумная степень, температура, атмосфера и т. Д.

Точно контролируя вакуумную степень, температуру осаждения и состав газа, процесс роста тонких пленок может быть оптимизирован, а однородность и производительность пленок могут быть улучшены.

Контроль толщины покрытия и однородности

Используя технологии онлайн-мониторинга, такие как микробаланс Quartz Crystal и система оптического мониторинга, может быть достигнут мониторинг и управление толщиной покрытия и однородность, чтобы обеспечить качество пленки.

Методы тестирования и оценки качества

Обнаружение качества пленки включает в себя оценку физических, химических и механических свойств, таких как толщина пленки, морфология поверхности, анализ композиции, адгезию, твердость и т. Д. Общие методы включают сканирующую электронную микроскопию (SEM), атомную силовую микроскопию (AFM), дифракцию рентгеновского излучения (XRD) и спектроскопический анализ.

Примеры применения вакуумного покрытия

A. Электроника и полупроводниковая промышленность

Интегрированное производство цепи

Технология вакуумного покрытия используется в интегрированном производстве цепи для отложения металлических соединений, изоляционных слоев и защитных слоев. Высокий процесс покрытия обеспечивает производительность и надежность цепи.

Технология покрытия для дисплеев и датчиков

При производстве дисплея вакуумное покрытие используется для отложения прозрачных проводящих пленок и оптических пленок; В производстве датчиков технология покрытия используется для приготовления чувствительных компонентов и защитных слоев, повышения чувствительности и долговечности датчиков.

B. Оптика и оптоэлектроника

Типы и применение оптических тонких пленок

Оптические тонкие пленки включают антиотражающие пленки, антиотражающие пленки, фильтрующие фильмы и рефлексивные пленки. Точно точно управляя толщиной и оптическими свойствами пленок, могут быть достигнуты специфические оптические эффекты, такие как уменьшение отражения, усиление пропускания и селективная фильтрация.

Применение покрытия в лазерах и оптических устройствах

В лазерах и оптических устройствах технология вакуумного покрытия используется для производства высокопроизводительных зеркал, окон и линз, повышения эффективности и стабильности оптических систем.

C. Механические и защитные применения

Жесткое покрытие и устойчивое к износу покрытия

Жесткие покрытия и износостойкие покрытия готовится с помощью технологии вакуумного покрытия и широко используются в инструментах, плесени и механических деталях для улучшения их износостойкости и срока службы.

Применение антикоррозионных покрытий

Анти коррозионные покрытия осаждают слой коррозионных материалов, таких как хром и титан, на поверхность металла с помощью технологии вакуумного покрытия для повышения его коррозионной стойкости и продления срока службы оборудования.

D. Заявки в новых областях

Вакуумное покрытие на нанотехнологиях

В нанотехнологии вакуумное покрытие используется для приготовления наноразмерных структур и тонких пленок, таких как нанопроволоки, наночастицы и квантовые точки, применяемые в таких областях, как электроника, оптоэлектроника и катализ.

Биомедицинские применения

Технология вакуумного покрытия используется в биомедицинских приложениях для производства функциональных покрытий на биосовместимых пленках, датчиках и поверхностях медицинского устройства, повышая их производительность и безопасность.