Razkrito je načelo vakuumske prevleke: tehnična fundacija, pretok procesa in uporaba industrije

Gre za postopek odlaganja materialov na površino substrata z uporabo fizikalnih ali kemičnih metod v okolju z nizkim tlakom, da tvori tanek film. S to tehnologijo je mogoče doseči visoko čistost in visoko natančno odlaganje tankega filma, kar ji daje specifične optične, električne, mehanske in druge lastnosti. Zato ima vakuumska prevleka pomembno vrednost uporabe v sodobni industriji. Na primer, pri proizvodnji polprevodnikov se vakuumski premaz uporablja za izdelavo različnih funkcionalnih plasti na rezine; Na področju optike lahko s premazom dosežemo proti odsevu in proti odsevnim učinkom; V mehanski proizvodnji,vakuumski premazlahko izboljša odpornost proti obrabi in korozijsko odpornost komponent.

Osnovna teorija vakuumskega premaza

A. Osnove vakuumske tehnologije

1. Opredelitev in merjenje vakuuma

Vakuum se nanaša na plinsko okolje pod enim atmosferskim tlakom (760 milimetrov živega srebra, 101325 PA). Glede na različne stopnje vakuuma lahko vakuum razdelimo na nizke vakuumske, srednje vakuumske, visoke vakuum in ultra visok vakuum. Merjenje stopnje vakuuma se običajno izvaja z uporabo merilnikov tlaka, kot so merilniki tlaka Maclehose, merilniki Pirani in merilniki hladne katode.

2. Metoda pridobivanja vakuuma

Mehanska črpalka: Mehanske črpalke odvajajo plin skozi mehansko gibanje, običajno vključno z vrtljivimi črpalkami za lopatice in membransko črpalko. Te črpalke so primerne za pridobivanje nizkega in srednjega vakuuma.

Molekularna črpalka: Molekularna črpalka uporablja vrteči se rotor za visoke hitrosti, da mehansko izpusti plin, primeren za pridobivanje visokega in ultra visokega vakuuma.

Turbopump: Turbomolekularna črpalka združuje prednosti mehanske črpalke in molekularne črpalke, kar dosega učinkovito črpanje skozi večstopenjske vrteče se lopatice in se pogosto uporablja v visokih vakuumskih sistemih.

B. Fizika tankega filma

Klasifikacija in osnovne lastnosti tankih filmov

V skladu z metodo in namenom priprave lahko tanke filme razdelimo na kovinske filme, keramične filme, polimerne filme itd. Osnovne lastnosti tankih filmov vključujejo debelino, enakomernost, adhezijo, trdoto, optične lastnosti (kot sta prepustnost in odbojnost) in električne lastnosti (na primer prevodnost in dielektrična konstanta).

Osnovni postopek in mehanizem rasti tankih filmov

Proces rasti tankih filmov običajno vključuje faze, kot so nukleacija, rast otoka, sosednja in večplastna rast. Nukleacija je začetna stopnja, v kateri se atomi ali molekule zbirajo na površini podlage, da tvorijo majhne otoke; Ko čas mineva, se ti majhni otoki postopoma povezujejo v rjuhe in sčasoma tvorijo neprekinjen tanek film. Na mehanizem rasti vplivajo dejavniki, kot so lastnosti materiala, površinsko stanje substrata, temperatura odlaganja in hitrost odlaganja.

C. Osnove znanosti o materialih

Skupni materiali za prevleke in njihove značilnosti

Običajni materiali za prevleke vključujejo kovine (kot so aluminij, zlato, platino), polprevodnike (kot sta silicij in germanium), keramika (kot sta aluminijev oksid in silicijev nitrid) in organski materiali (kot so polimeri). Različni materiali imajo različne fizikalne in kemijske lastnosti, pri izbiri materialov za prevleke pa je treba upoštevati njihove zahteve glede zmogljivosti v določenih aplikacijah.

Načela in standardi za izbiro materiala

Načela izbire materiala vključujejo kemijsko stabilnost, mehanske lastnosti, optične lastnosti in električne lastnosti. Standardi običajno vključujejo čistost, velikost delcev, vsebnost nečistoč itd. Materialov, da se zagotovi kakovostne in funkcionalne značilnosti tankih filmov.

Glavne metode in načela vakuumske prevleke

A. Fizično odlaganje hlapov (PVD)

Pregled in razvrstitev

Fizično odlaganje hlapov (PVD) je tehnika, ki uporablja fizične procese za odlaganje materialov na površino podlage. Glavne kategorije vključujejo izhlapevanje premaza, brizganje prevleke in ionske obloge.

Posebna načela in korake

Izhlapevalna prevleka: Material izhlapi pri visoki temperaturi in nalaga tanek film na podlagi prek vakuumskega sistema. Običajni viri toplote vključujejo ogrevanje upora in ogrevanje elektronov.

Premaz za brizganje: Z bombardiranjem z inertnimi plinskimi ioni se ciljni materialni atomi razpršijo na substrat, da tvorijo tanek film. Pogoste metode vključujejo DC razprševanje in RF razprševanje.

Ionske obloge: Pod delovanjem ionskega vira se ionizirani materiali pospešijo, da se nanesejo na substrat, ki se običajno uporablja za pripravo prevlek z visoko trdoto.

Prednosti, slabosti in obseg uporabe

Prednosti tehnologije PVD vključujejo gostoto tankega filma, močno oprijem in nizko temperaturo procesa

, vendar je oprema zapletena in stroški visoki. Primerno za pripravo kovinskih, zlitin in keramičnih tankih filmov, ki se pogosto uporabljajo na področjih elektronike, optike in dekoracije.

B. Kemična odlaganje hlapov (CVD)

Osnovni koncept KVB

Kemično odlaganje hlapov (CVD) je tehnika odlaganja tankih filmov na površino podlage s kemičnimi reakcijami. Reakcijski plin se razgradi ali podvrže kemičnim reakcijam pri visokih temperaturah, kar ustvarja trdna nahajališča.

Različne metode KVB

CVD z nizkim tlakom (LPCVD): reagira v okolju z nizkim tlakom, z visoko kakovostjo filma in dobro enakomernostjo, primerna za polprevodniško industrijo.

Plazemska izboljšana CVD (PECVD): uporaba plazme za pospešitev kemičnih reakcij in zmanjšanje reakcijske temperature, primerne za temperaturno občutljive materiale.

Kovinsko organsko kemično nalaganje hlapov (MOCVD): Uporaba kovinskih organskih spojin kot predhodnikov je primeren za pripravo kompleksnih spojinskih tankih filmov, kot so III-V polprevodniški materiali.

Značilnosti procesa in primeri uporabe

Značilnosti procesa CVB so gost film, visoka čistost in dobra enotnost, vendar visoka temperatura in zapletena oprema. Široko se uporablja v polprevodniških napravah, sončnih celicah, optičnih prevlekah in drugih poljih.

C. Odlaganje atomske plasti (ALD)

Edinstven mehanizem in koraki ALD

Odlaganje atomske plasti (ALD) je tehnika, ki natančno nadzoruje debelino tankih filmov z izmenično oskrbo predhodnika plina in reakcijskega plina ter odlaganje atomskih plasti plasti s plastjo na površini podlage. Njegov edinstven samo omejevalni reakcijski mehanizem omogoča natančen nadzor debeline filma na nanoskalnico.

Primerjava s PVD in CVD

V primerjavi s PVD in KVB so prednosti ALD v natančnem nadzoru debeline filma, visoke enakomernosti in močne sposobnosti pokrivanja zapletenih struktur. Vendar je hitrost odlaganja počasnejša, zaradi česar je primerna za aplikacije, ki zahtevajo izjemno visoko natančnost in enakomernost.

Prijava za prijavo

Tehnologija ALD ima široke možnosti uporabe na področjih, kot so mikroelektronika, nanotehnologija in biomedicina, kot so priprava visoko k dielektričnih filmov, nanožic in biosenzorjev.

Oprema za vakuumsko prevleko in pretok procesa

A. Tipična oprema za vakuumsko prevleko

Osnovna struktura stroja za prevleko

Tipična oprema za prevleke vključuje vakuumske komore, ekstrakcijske sisteme, ogrevalne sisteme, krmilne sisteme in vire prevleke. Vakuumska komora zagotavlja okolje z nizkim tlakom, črpalni sistem se uporablja za pridobivanje in vzdrževanje vakuuma, vir prevleke zagotavlja materiale, nadzorni sistem pa spremlja in prilagaja procesne parametre.

Skupne vrste naprav

Stroj za izhlapevalno prevleko: Material se izhlapi in odloži na substrat s pomočjo odpornega segrevanja ali segrevanja elektronskih žarkov.

Stroj za brizganje: Atomi ciljnega materiala se razpršijo na podlagi skozi magnetronsko brizganje ali radiofrekvenčno brizganje.

Ionska oprema: uporaba ionskega vira za ustvarjanje visokoenergijskih ionskih žarkov za odlaganje tankih filmov, ki se običajno uporabljajo pri pripravi trdih premazov.

B. pretok procesa

Pred obdelavo

Pred premazom je treba površino substrata očistiti in predhodno obdelati, da odstranite površinska onesnaževala in oksidne plasti, kar zagotavlja oprijem in enotnost filma. Pogoste metode vključujejo ultrazvočno čiščenje, kemično čiščenje in čiščenje v plazmi.

Postopek prevleke

Ključno pri postopku prevleke je optimizacija kontrolnih parametrov, vključno s stopnjo vakuuma, temperaturo, hitrostjo pretoka plina in stopnjo odlaganja. Ti parametri neposredno vplivajo na kakovost in uspešnost filma.

Postopek obdelave

Film po prevleki pogosto zahteva po zdravljenju, kot sta žarjenje in pasivacija, da se izboljša fizikalne in kemične lastnosti in stabilnost filma.

C. Nadzor procesa in optimizacija

Nadzor parametrov, kot so vakuumska stopnja, temperatura, atmosfera itd.

Z natančnim nadzorom stopnje vakuuma, temperaturo nanašanja in sestave plina je mogoče optimizirati proces rasti tankih filmov, enakomernost in zmogljivost filmov pa je mogoče izboljšati.

Nadzor debeline in enakomernosti premaza

Z uporabo spletnih tehnologij za spremljanje, kot so kremenčasti kristalni mikrobalantnost in optični sistem za spremljanje, lahko dosežemo spremljanje v realnem času in nadzor nad debelino in enakomernostjo prevleke, da se zagotovi kakovost filma.

Metode testiranja in ocenjevanja kakovosti

Zaznavanje kakovosti filma vključuje oceno fizikalnih, kemičnih in mehanskih lastnosti, kot so debelina filma, površinska morfologija, analiza sestave, adhezija, trdota itd. Skupne metode vključujejo skeniranje elektronske mikroskopije (SEM), atomsko silo mikroskopijo (AFM), difrakcijo rentgenskih žarkov (XRD) in spektroskopsko analizo.

Primeri prijave vakuumske prevleke

A. Industrija elektronike in polprevodnikov

Integrirana proizvodnja vezja

Tehnologija vakuumskih premazov se uporablja v integrirani proizvodnji vezja za odlaganje kovinskih medsebojnih plasti, izolacijskih plasti in zaščitnih plasti. Postopek visoko natančnega premaza zagotavlja zmogljivost in zanesljivost vezja.

Tehnologija prevleke za prikaze in senzorje

Pri prikazovalniku prikaza se vakuumska prevleka uporablja za odlaganje prozornih prevodnih filmov in optičnih filmov; Pri proizvodnji senzorjev se tehnologija prevleke uporablja za pripravo občutljivih komponent in zaščitnih plasti, kar izboljša občutljivost in trajnost senzorjev.

B. Optika in optoelektronika

Vrste in aplikacije optičnih tankih filmov

Optični tanki filmi vključujejo proti odsevne filme, proti odsevne filme, filtrirne filme in odsevne filme. Z natančnim nadzorom debeline in optičnih lastnosti filmov je mogoče doseči specifične optične učinke, kot so zmanjšanje odseva, povečanje prepustnosti in selektivno filtriranje.

Uporaba prevleke v laserjih in optičnih napravah

V laserjih in optičnih napravah se za proizvodnjo visokozmogljivih ogledal, oken in leč uporablja tehnologija vakuumskih premazov, ki izboljšajo učinkovitost in stabilnost optičnih sistemov.

C. Mehanske in zaščitne aplikacije

Trda prevleka in odpornost na obrabo

Trdi premazi in odporni premazi se pripravljajo s tehnologijo vakuumskih premazov in se široko uporabljajo v orodjih, kalupih in mehanskih delih za izboljšanje odpornosti proti obrabi in življenjske dobe.

Uporaba protikorozijskih premazov

Proti korozijski premazi nanesejo plast materialov, odpornih proti koroziji, kot sta krom in titanij, na kovinski površini s pomočjo vakuumske tehnologije, da izboljšajo svojo korozijsko odpornost in podaljšajo življenjsko dobo opreme.

D. Aplikacije na nastajajočih poljih

Vakuumska prevleka v nanotehnologiji

V nanotehnologiji se vakuumski premaz uporablja za pripravo nanoskalnih struktur in tankih filmov, kot so nanowire, nanodelci in kvantne pike, ki se uporabljajo na področjih, kot so elektronika, optoelektronika in kataliza.

Biomedicinske aplikacije

Tehnologija vakuumskih premazov se uporablja v biomedicinskih aplikacijah za izdelavo funkcionalnih premazov na biokompatibilnih filmih, senzorjih in površinah medicinskih pripomočkov, kar izboljšuje njihovo delovanje in varnost.