Ujawniono zasadę powłoki próżniowej: fundament techniczny, przepływ procesu i zastosowanie branżowe

Jest to proces osadzania materiałów na powierzchni podłoża przy użyciu metod fizycznych lub chemicznych w środowisku niskiego ciśnienia w celu utworzenia cienkiej warstwy. Dzięki tej technologii można osiągnąć wysokie i precyzyjne odkładanie cienkiego warstwy, nadając jej właściwości optyczne, elektryczne, mechaniczne i inne. Dlatego powłoka próżniowa ma ważną wartość zastosowania we współczesnym przemyśle. Na przykład w produkcji półprzewodnikowej powłoka próżniowa stosuje się do wytwarzania różnych funkcjonalnych warstw na waflach; W dziedzinie optyki można osiągnąć efekt przeciwdechowy i antyprzewodnikowy poprzez powłokę; W produkcji mechanicznej,powłoka próżniowamoże poprawić odporność na zużycie i odporność na korozję komponentów.

Podstawowa teoria powłoki próżniowej

A. Podstawy technologii próżniowej

1. Definicja i pomiar próżni

Odkurzanie odnosi się do środowiska gazowego poniżej jednego ciśnienia atmosferycznego (760 milimetrów rtęci, 101325 PA). Zgodnie z różnym stopniem próżni, próżni można podzielić na niską próżnię, średniej próżni, wysoką próżnię i ultra-wysoką próżnię. Pomiar stopnia próżniowy jest zwykle przeprowadzany przy użyciu wskaźników ciśnienia, takich jak manometry ciśnienia Maclehose, wskaźniki pirani i manom zimnych katod.

2. Metoda akwizycji próżniowej

Pompa mechaniczna: pompy mechaniczne rozładowują gaz przez ruch mechaniczny, zwykle obejmujący obrotowe pompy łopatki i pompy przepony. Pompy te są odpowiednie do uzyskania niskiej i średniej próżni.

Pompa molekularna: pompa molekularna wykorzystuje szybki obrotowy wirnik do mechanicznie wydalającego się gazu, odpowiedni do uzyskania wysokiej i ultra-wysokiej próżni.

Turbopump: Pompa turbomolekularna łączy zalety mechanicznej pompy i pompy molekularnej, osiągając wydajne pompowanie przez wieloetapowe obracające się ostrza i jest szeroko stosowana w układach o wysokiej próżni.

B. Fizyka cienkiego filmu

Klasyfikacja i podstawowe właściwości cienkich warstw

Zgodnie z metodą przygotowania, cienkie folie można podzielić na filmy metalowe, folii ceramiczne, folii polimerowe itp. Podstawowe właściwości cienkich warstw obejmują grubość, jednorodność, adhezję, twardość, właściwości optyczne (takie jak przekaźnik i współczynnik odbicia) oraz właściwości elektryczne (takie jak przewodnictwo i dielektryczna stała).

Podstawowy proces i mechanizm wzrostu cienkiego warstwy

Proces wzrostu cienkich warstw zwykle obejmuje takie etapy, jak zarodkowanie, wzrost wyspy, ciągły i warstwowy wzrost. Nukleacja jest początkowym etapem, w którym atomy lub cząsteczki gromadzą się na powierzchni podłoża, tworząc małe wyspy; Z biegiem czasu te małe wyspy stopniowo łączą się w arkusze, ostatecznie tworząc ciągłą cienką warstwę. Na mechanizm wzrostu wpływają czynniki takie jak właściwości materiału, stan powierzchni podłoża, temperatura osadzania i szybkość osadzania.

C. Podstawy nauki materiałowej

Wspólne materiały powłokowe i ich cechy

Wspólne materiały powłokowe obejmują metale (takie jak glin, złoto, platyna), półprzewodniki (takie jak krzem i german), ceramika (takie jak tlenek glinu i azotek krzemu) oraz materiały organiczne (takie jak polimery). Różne materiały mają różne właściwości fizyczne i chemiczne, a przy wyborze materiałów powłokowych należy wziąć pod uwagę ich wymagania dotyczące wydajności w określonych zastosowaniach.

Zasady i standardy wyboru materiału

Zasady wyboru materiału obejmują stabilność chemiczną, właściwości mechaniczne, właściwości optyczne i właściwości elektryczne. Standardy zwykle obejmują czystość, wielkość cząstek, zawartość zanieczyszczeń itp. Materiałów, aby zapewnić jakość i cechy funkcjonalne cienkich warstw.

Główne metody i zasady powłoki próżniowej

A. Fizyczne osadzanie pary (PVD)

Przegląd i klasyfikacja

Fizyczne osadzanie pary (PVD) to technika, która wykorzystuje procesy fizyczne do składania materiałów na powierzchnię podłoża. Główne kategorie obejmują powłokę parowania, powłokę rozpylającą i poszycie jonowe.

Specyficzne zasady i kroki procesu

Powłoka parowa: Materiał odparowuje w wysokiej temperaturze i osadza cienką warstwę na podłożu przez układ próżniowy. Typowe źródła ciepła obejmują ogrzewanie oporowe i ogrzewanie wiązki elektronów.

Powłoka rozpylająca: Bombardując obojętnymi jonami gazu, atomy materiału docelowego są rozpylane na podłożu, tworząc cienką warstwę. Typowe metody obejmują rozpylanie DC i rozpylenie RF.

Pastowanie jonowe: Pod działaniem źródła jonowego materiały jonizowane są przyspieszane w celu osadzania się na podłożu, powszechnie stosowanym do przygotowywania powłok o wysokiej twardości.

Zalety, wady i zakres aplikacji

Zalety technologii PVD obejmują cienką gęstość warstwy, silną przyczepność i niską temperaturę procesu

, ale sprzęt jest złożony, a koszt wysoki. Nadaje się do przygotowania metalu, stopu i cienkich folii ceramicznych, powszechnie stosowanych na polach elektroniki, optyki i dekoracji.

B. Chemiczne osadzanie pary (CVD)

Podstawowa koncepcja CVD

Chemiczne odkładanie pary (CVD) jest techniką osadzania cienkich warstw na powierzchni podłoża poprzez reakcje chemiczne. Gaz reakcji rozkłada się lub ulega reakcjom chemicznym w wysokich temperaturach, generując osady stałe.

Różne metody CVD

Niski ciśnienie CVD (LPCVD): reaguje w środowisku niskiego ciśnienia, z wysoką jakością filmu i dobrej jednolitości, odpowiednie dla przemysłu półprzewodnikowego.

Zwiększone CVD w osoczu (PECVD): Wykorzystanie osocza do przyspieszenia reakcji chemicznych i zmniejszenia temperatury reakcji, odpowiedniego dla materiałów wrażliwych na temperaturę.

Metalowe organiczne osadzanie pary (MOCVD): Wykorzystując metalowe związki organiczne jako prekursory, nadaje się do przygotowywania złożonych cienkich warstw, takich jak materiały półprzewodników III-V.

Charakterystyka procesu i przykłady aplikacji

Charakterystyką procesu CVD to gęsta folia, wysoka czystość i dobra jednolitość, ale wysokiej temperatury i złożony sprzęt. Powszechnie stosowany w urządzeniach półprzewodnikowych, ogniwach słonecznych, powłokach optycznych i innych polach.

C. Odkładanie warstwy atomowej (ALD)

Unikalny mechanizm i etapy ALD

Odkładanie warstwy atomowej (ALD) jest techniką, która precyzyjnie kontroluje grubość cienkich warstw poprzez naprzemienne dostarczanie gazu prekursorowego i gazu reakcyjnego oraz osadzanie warstw atomowych warstwą na powierzchni podłoża. Jego unikalny mechanizm reakcji samookrytujący pozwala precyzyjnie kontrolować grubość filmu w nanoskali.

Porównanie z PVD i CVD

W porównaniu z PVD i CVD zalety ALD leżą w precyzyjnej kontroli grubości filmu, wysokiej jednolitości i silnej zdolności do pokrycia złożonych struktur. Jednak prędkość osadzania jest wolniejsza, dzięki czemu nadaje się do zastosowań wymagających wyjątkowo wysokiej precyzji i jednolitości.

Perspektywa aplikacji

Technologia ALD ma szerokie perspektywy zastosowań w dziedzinach, takich jak mikroelektronika, nanotechnologia i biomedycyna, takie jak przygotowanie wysokich filmów dielektrycznych, nanodrutów i bioczujników.

Sprzęt powlekania próżniowy i przepływ procesu

A. Typowy sprzęt do powlekania próżniowego

Podstawowa struktura maszyny do powłoki

Typowy sprzęt do powłoki obejmuje komory próżniowe, systemy ekstrakcji, systemy grzewcze, systemy sterowania i źródła powłoki. Komora próżniowa zapewnia środowisko niskiego ciśnienia, system pompowania służy do uzyskania i utrzymania próżni, źródło powlekania zapewnia materiały, a system sterowania monitoruje i dostosowuje parametry procesu.

Typy urządzeń typowych

Pakowanie do powłoki wyparnej: Materiał jest odparowywany i osadzany na podłożu poprzez ogrzewanie oporowe lub ogrzewanie wiązki elektronów.

Maszyna powłoki rozpylającej: Atomy materiału docelowego są rozpylane na podłożu przez rozproty magnetronowe lub rozpylanie częstotliwości radiowej.

Sprzęt jonowy: Wykorzystanie źródła jonowego do generowania wiązek jonów o wysokiej energii do osadzania cienkich warstw, powszechnie stosowanych w przygotowaniu twardych powłok.

B. Przepływ procesu

Proces przed przetwarzaniem

Przed powłoką powierzchnię podłoża należy wyczyścić i wstępnie traktować w celu usunięcia zanieczyszczeń powierzchniowych i warstw tlenkowych, zapewniając przyczepność i jednorodność folii. Typowe metody obejmują czyszczenie ultradźwiękowe, czyszczenie chemiczne i czyszczenie plazmy.

Proces powlekania

Kluczem do procesu powlekania jest optymalizacja parametrów kontrolnych, w tym stopień próżni, temperatura, szybkość przepływu gazu i szybkość osadzania. Parametry te bezpośrednio wpływają na jakość i wydajność filmu.

Proces przetwarzania końcowego

Film po powleczeniu często wymaga po leczeniu, takim jak wyżarzanie i pasywacja, w celu poprawy właściwości fizycznych i chemicznych oraz stabilności filmu.

C. Kontrola procesu i optymalizacja

Kontrola parametrów, takich jak stopień próżni, temperatura, atmosfera itp.

Dzięki precyzyjnemu kontrolowaniu stopnia próżni, temperatury osadzania i składu gazu można zoptymalizować proces wzrostu cienkich warstw, a jednolitość i wydajność folii można poprawić.

Kontrola grubości i jednolitości powlekania

Dzięki wykorzystaniu technologii monitorowania online, takich jak mikrobalizacja kryształowa kwarcowa i system monitorowania optycznego, można osiągnąć monitorowanie w czasie rzeczywistym i kontrolę grubości powłoki i jednorodności, aby zapewnić jakość filmu.

Metody testowania i oceny jakości

Wykrywanie jakości filmu obejmuje ocenę właściwości fizycznych, chemicznych i mechanicznych, takich jak grubość filmu, morfologia powierzchni, analiza składu, adhezja, twardość itp. Częste metody obejmują skaningową mikroskopię elektronową (SEM), mikroskopię sił atomowych (AFM), dyfrakcja rentgenowska (XRD) i spektroskopowa analiza.

Przykłady zastosowania powłoki próżniowej

A. Przemysł elektroniki i półprzewodnikowy

Zintegrowane produkcja obwodów

Technologia powlekania próżniowego jest wykorzystywana w zintegrowanej produkcji obwodów w celu osadzania warstw połączeń metalowych, warstw izolacji i warstw ochronnych. Proces powlekania o wysokiej precyzji zapewnia wydajność i niezawodność obwodu.

Technologia powlekania wyświetlaczy i czujników

W produkcji wyświetlania powłoka próżniowa służy do składania przezroczystej folii przewodzących i filmów optycznych; W produkcji czujników technologia powlekania służy do przygotowania wrażliwych komponentów i warstw ochronnych, poprawy czułości i trwałości czujników.

B. Optyka i optoelektronika

Rodzaje i zastosowania optycznych cienkich warstw

Optyczne cienkie folie obejmują filmy przeciwbólowe, filmy przeciwbólowe, filmy filtracyjne i filmy refleksyjne. Dzięki precyzyjnie kontrolowaniu grubości i właściwości optycznych filmów można osiągnąć specyficzne efekty optyczne, takie jak zmniejszenie odbicia, zwiększenie transmitancji i selektywne filtrowanie.

Zastosowanie powłoki w laserach i urządzeniach optycznych

W laserach i urządzeniach optycznych technologia powlekania próżniowego jest wykorzystywana do produkcji luster, okien i soczewek o wysokiej wydajności, poprawy wydajności i stabilności systemów optycznych.

C. Zastosowania mechaniczne i ochronne

Twarda powłoka i odporna na zużycie powłoka

Twarde powłoki i powłoki oporne na zużycie są przygotowywane poprzez technologię powlekania próżniowego i szeroko stosowane w narzędziach, formach i częściach mechanicznych w celu poprawy odporności na zużycie i żywotności usług.

Zastosowanie powłok przeciwkorozji

Powłoki przeciw korozji składają warstwę materiałów opornych na korozję, takich jak chrom i tytan, na powierzchni metalowej poprzez technologię powlekania próżniowego, aby zwiększyć odporność na korozję i przedłużyć żywotność urządzenia.

D. Zastosowania w pojawiających się dziedzinach

Powłoka próżniowa w nanotechnologii

W nanotechnologii powłoka próżniowa stosuje się do przygotowania struktur nanoskali i cienkich warstw, takich jak nanodruty, nanocząstki i kropki kwantowe, stosowane w takich dziedzinach, jak elektronika, optoelektronika i kataliza.

Zastosowania biomedyczne

Technologia powlekania próżniowego jest stosowana w zastosowaniach biomedycznych do produkcji powłok funkcjonalnych na biokompatybilnych filmach, czujnikach i powierzchniach urządzeń medycznych, poprawiając ich wydajność i bezpieczeństwo.