Odhaľuje sa zásada vákuového povlaku: technický základ, tok procesu a priemyselné aplikácie

Je to proces ukladania materiálov na povrch substrátu pomocou fyzikálnych alebo chemických metód v nízkotlakovom prostredí za vzniku tenkého filmu. Prostredníctvom tejto technológie je možné dosiahnuť vysokokvalitné a vysoko presné ukladanie tenkých filmov, čo jej dáva špecifickú optickú, elektrickú, mechanickú a iné vlastnosti. Vákuový náter má preto dôležitú hodnotu aplikácie v modernom priemysle. Napríklad pri výrobe polovodičov sa vákuový náter používa na výrobu rôznych funkčných vrstiev na doštičkách; V oblasti optiky je možné dosiahnuť účinky proti odrazu a antifreakcii prostredníctvom povlaku; V mechanickej výrobe,vysávačMôže zlepšiť odolnosť proti opotrebeniu a odolnosť proti korózii komponentov.

Základná teória vákuového povlaku

A. Základy vákuovej technológie

1. Definícia a meranie vákua

Vákuum sa týka plynového prostredia pod jedným atmosférickým tlakom (760 milimetrov ortuti, 101325 PA). Podľa rôznych stupňov vákua je možné vákuum rozdeliť na nízky vákuum, stredné vákuum, vysoké vákuum a ultra vysoké vákuum. Meranie stupňa vákua sa zvyčajne vykonáva pomocou tlakových meradiel, ako sú tlakové meradlá maklehózy, pirani meracie a studené katódové meradlá.

2. Metóda získavania vákua

Mechanické čerpadlo: Mechanické čerpadlá vypúšťanie plynu pomocou mechanického pohybu, bežne vrátane čerpadiel rotačných lopatiek a membránových čerpadiel. Tieto čerpadlá sú vhodné na získanie nízkeho a stredného vákua.

Molekulárne čerpadlo: Molekulárne čerpadlo využíva vysokorýchlostný rotujúci rotor na mechanicky vylúčenie plynu, ktorý je vhodný na získanie vysokého a ultra vysokého vákua.

Turboopump: Turbomolekulárne čerpadlo kombinuje výhody mechanického čerpadla a molekulárneho čerpadla, dosahuje účinné čerpanie cez viacstupňové otáčajúce čepele a široko sa používa vo vysokých vákuových systémoch.

B. Fyzika tenkého filmu

Klasifikácia a základné vlastnosti tenkých filmov

Podľa metódy a účelu prípravy môžu byť tenké filmy rozdelené na kovové filmy, keramické filmy, polymérne filmy atď. Základné vlastnosti tenkých filmov zahŕňajú hrúbku, uniformitu, adhéziu, tvrdosť, optické vlastnosti (ako je transmitencia a odrazivosť) a elektrické vlastnosti (ako je vodivosť a dielektrická konštanta).

Základný proces a mechanizmus rastu tenkého filmu

Proces rastu tenkých filmov zvyčajne obsahuje štádiá, ako je nukleacia, rast ostrova, susediaci a vrstvený rast. Nukleácia je počiatočná fáza, v ktorej sa atómy alebo molekuly zhromažďujú na povrchu substrátu za vzniku malých ostrovov; Postupom času sa tieto malé ostrovy postupne spájajú do plachiet a nakoniec tvoria nepretržitý tenký film. Mechanizmus rastu je ovplyvnený faktormi, ako sú vlastnosti materiálu, stav povrchu substrátu, teplota depozície a rýchlosť depozície.

C. Základy vedy o materiáloch

Bežné materiály na povlaky a ich vlastnosti

Bežné materiály na povlaky zahŕňajú kovy (ako je hliník, zlato, platina), polovodiče (ako je kremík a germánium), keramika (ako je oxid hlinitý a nitrid kremíka) a organické materiály (ako napríklad polyméry). Rôzne materiály majú rôzne fyzikálne a chemické vlastnosti a pri výbere povlakových materiálov je potrebné zvážiť ich výkonnostné požiadavky v konkrétnych aplikáciách.

Princípy a normy pre výber materiálu

Princípy výberu materiálu zahŕňajú chemickú stabilitu, mechanické vlastnosti, optické vlastnosti a elektrické vlastnosti. Normy zvyčajne zahŕňajú čistotu, veľkosť častíc, obsah nečistôt atď. Materiálov, aby sa zabezpečila kvalita a funkčné vlastnosti tenkých filmov.

Hlavné metódy a princípy vákuového povlaku

A. Fyzikálne ukladanie pár (PVD)

Prehľad a klasifikácia

Fyzické ukladanie pary (PVD) je technika, ktorá využíva fyzikálne procesy na ukladanie materiálov na povrch substrátu. Medzi hlavné kategórie patrí výprask, rozprašovací povlak a pokovovanie iónov.

Konkrétne zásady procesu a kroky

Odparovanie: materiál sa odparuje pri vysokej teplote a ukladá tenký film na substráte cez vákuový systém. Bežné tepelné zdroje zahŕňajú odporové zahrievanie a zahrievanie elektrónových lúčov.

Rozprajné povlaky: Bombardovaním so inertným plynovým iónom sa atómy cieľového materiálu naprachujú na substrát, aby sa vytvoril tenký film. Medzi bežné metódy patrí rozprašovanie DC a RF.

Iónové pokovovanie: Pod pôsobením zdroja iónov sa ionizované materiály zrýchľujú na uloženie na substrát, ktoré sa bežne používajú na prípravu vysokých tvrdostí.

Výhody, nevýhody a rozsah aplikácie

Medzi výhody technológie PVD patrí hustota tenkého filmu, silná adhézia a nízka teplota procesu

ale zariadenie je zložité a náklady sú vysoké. Vhodný na prípravu kovových, zliatinových a keramických tenkých filmov, ktoré sa bežne používajú v oblastiach elektroniky, optiky a dekorácie.

B. Depozícia chemickej pary (CVD)

Základný koncept CVD

Chemické ukladanie pary (CVD) je technika ukladania tenkých filmov na povrch substrátu chemickými reakciami. Reakčný plyn rozkladá alebo podlieha chemickým reakciám pri vysokých teplotách a vytvára pevné usadeniny.

Rôzne metódy CVD

Nízkotlakový CVD (LPCVD): Reaguje v nízkotlakovom prostredí s vysokou kvalitou filmu a dobrou uniformitou, vhodnou pre polovodičový priemysel.

Plazma zvýšená CVD (PECVD): Využitie plazmy na urýchlenie chemických reakcií a zníženie reakčnej teploty, vhodnej pre materiály citlivé na teplotu.

Depozícia kovových organických chemikálií (MOCVD): Použitie kovových organických zlúčenín ako prekurzorov je vhodná na prípravu komplexných tenkých filmov zložených zlúčenín, ako sú polovodičové materiály III-V.

Charakteristiky procesu a príklady aplikácií

Charakteristiky procesu CVD sú hustý film, vysoká čistota a dobrá uniformita, ale vysoká teplota a komplexné vybavenie. Široko používané v polovodičových zariadeniach, solárnych článkoch, optických povlakoch a iných poliach.

C. Depozícia atómovej vrstvy (ALD)

Jedinečný mechanizmus a kroky ALD

Depozícia atómovej vrstvy (ALD) je technika, ktorá presne riadi hrúbku tenkých filmov striedavým dodávaním prekurzorového plynu a reakčného plynu a ukladaním atómových vrstiev vrstvy podľa vrstvy na povrchu substrátu. Jeho jedinečný samoobslužný reakčný mechanizmus umožňuje presnú kontrolu hrúbky filmu v nanomateriále.

Porovnanie s PVD a CVD

V porovnaní s PVD a CVD sú výhody ALD presnej kontroly hrúbky filmu, vysokej uniformity a silnej schopnosti pokryť zložité štruktúry. Rýchlosť depozície je však pomalšia, vďaka čomu je vhodná pre aplikácie, ktoré si vyžadujú extrémne vysokú presnosť a jednotnosť.

vyhliadka žiadosti

Technológia ALD má rozsiahle vyhliadky na aplikácie v oblastiach, ako je mikroelektronika, nanotechnológia a biomedicín, ako je príprava vysoko K dielektrických filmov, nanočastíc a biosenzorov.

Vákuové poťahovacie zariadenie a tok procesov

A. Typické vybavenie na povlaky vákua

Základná štruktúra poťahovacieho stroja

Typické poťahovacie zariadenie zahŕňa vákuové komory, extrakčné systémy, vykurovacie systémy, riadiace systémy a zdroje poťahovania. Vákuová komora poskytuje prostredie s nízkym tlakom, čerpací systém sa používa na získanie a udržiavanie vákua, zdroj povlaku poskytuje materiály a monitory riadiaceho systému a upravuje parametre procesu.

Bežné typy zariadení

Stroj na odparovanie: Materiál sa odparuje a ukladá na substrát pomocou odporového zahrievania alebo zahrievania elektrónového lúča.

Priestorový náter: atómy cieľového materiálu sa naprachujú na substrát cez magnetrónové rozprašovanie alebo rádiové frekvenčné rozprašovanie.

Zariadenie na iónové pokovovanie: Využitie zdroja iónov na generovanie vysokoenergetických iónových lúčov na ukladanie tenkých filmov, ktoré sa bežne používajú pri príprave tvrdých povlakov.

B. Tok procesu

Proces pred spracovaním

Pred povlakom musí byť povrch substrátu vyčistený a predbežný, aby sa odstránili znečisťujúce látky a oxidové vrstvy povrchu, čím sa zaistilo adhéziu a rovnomernosť filmu. Bežné metódy zahŕňajú ultrazvukové čistenie, chemické čistenie a čistenie plazmy.

Poťahovanie

Kľúčom k procesu poťahovania je optimalizácia kontrolných parametrov vrátane stupňa vákua, teploty, prietoku plynu a rýchlosti depozície. Tieto parametre priamo ovplyvňujú kvalitu a výkon filmu.

Proces po spracovaní

Film po povlaku si často vyžaduje po liečbe, ako je žíhanie a pasivácia, na zlepšenie fyzikálnych a chemických vlastností a stability filmu.

C. Riadenie a optimalizácia procesu

Riadenie parametrov, ako je stupeň vákua, teplota, atmosféra atď.

Presnou reguláciou stupňa vákua, teploty depozície a zloženia plynu je možné optimalizovať rast tenkých filmov a môže sa zlepšiť uniformita a výkon filmov.

Kontrola hrúbky povlaku a rovnomernosti

Použitím technológií monitorovania online, ako je mikrobalancia kremenných kryštálov a optický monitorovací systém, je možné dosiahnuť monitorovanie a riadenie hrúbky povlaku a rovnomernosť, aby sa zabezpečila kvalita filmu.

Metódy testovania a hodnotenia kvality

Detekcia kvality filmu zahŕňa hodnotenie fyzikálnych, chemických a mechanických vlastností, ako je hrúbka filmu, morfológia povrchu, analýza kompozície, adhézia, tvrdosť atď. Bežné metódy zahŕňajú skenovaciu elektrónovú mikroskopiu (SEM), mikroskopia atómovej sily (AFM), rôntgenová difrakcia (XRD) a spektroskopická analýza.

Príklady aplikácie na vákuový náter

A. Elektronický a polovodičový priemysel

Výroba integrovaných obvodov

Technológia vákuového náteru sa používa vo výrobe integrovaných obvodov na ukladanie vrstiev prepojenia kovov, izolačných vrstiev a ochranných vrstiev. Proces vysokej presnosti poťahovania zaisťuje výkon a spoľahlivosť obvodu.

Technológia poťahovania pre displeje a senzory

Vo výrobe displeja sa vákuový náter používa na ukladanie priehľadných vodivých filmov a optických filmov; Pri výrobe senzorov sa technológia povlaku používa na prípravu citlivých komponentov a ochranných vrstiev, na zlepšenie citlivosti a trvanlivosti senzorov.

B. Optika a optoelektronika

Typy a aplikácie optických tenkých filmov

Medzi optické tenké filmy patria anti reflexné filmy, anti reflexné filmy, filtračné filmy a reflexné filmy. Presnou kontrolou hrúbky a optických vlastností filmov je možné dosiahnuť špecifické optické účinky, ako je zníženie odrazu, zvýšenie priepustnosti a selektívne filtrovanie.

Aplikácia povlaku v laseroch a optických zariadeniach

V laseroch a optických zariadeniach sa technológia vákuového poťahovania používa na výrobu vysokovýkonných zrkadiel, okien a šošoviek, zlepšovaní účinnosti a stability optických systémov.

C. Mechanické a ochranné aplikácie

Tvrdý náter a povlaky odolné voči opotrebeniu

Tvrdé povlaky a povlaky odolné voči opotrebeniu sa pripravujú pomocou technológie vákuového poťahovania a široko používané v náradiach, plesniach a mechanických častiach na zlepšenie odolnosti proti opotrebeniu a servisnej životnosti.

Aplikácia protikoróznych povlakov

Proti korózne povlaky ukladajú vrstvu materiálov odolných voči korózii, ako je chróm a titán, na povrchu kovu prostredníctvom technológie vákuového poťahovania, aby sa zvýšila odolnosť proti korózii a predĺžila služobnú životnosť zariadenia.

D. Aplikácie v rozvíjajúcich sa poliach

Vákuový náter v nanotechnológii

V nanotechnológii sa vákuový povlak používa na prípravu nanomaterských štruktúr a tenkých filmov, ako sú nanovlákna, nanočastice a kvantové bodky, aplikované v poliach, ako je elektronika, optoelektronika a katalýza.

Biomedicínske aplikácie

Technológia vákuového náteru sa používa v biomedicínskych aplikáciách na výrobu funkčných povlakov na biokompatibilných filmoch, senzoroch a povrchoch zdravotníckych pomôcok, čím sa zlepšuje ich výkon a bezpečnosť.