Prinsippet om vakuumbelegg er avslørt: teknisk foundation, prosessflyt og bransjeapplikasjon

Det er en prosess med å avsette materialer på en underlagsflate ved bruk av fysiske eller kjemiske metoder i et lavtrykksmiljø for å danne en tynn film. Gjennom denne teknologien kan det oppnås tynnfilm av høy renhet og høy presisjon, noe som gir den spesifikke optiske, elektriske, mekaniske og andre egenskaper. Derfor har vakuumbelegg viktig applikasjonsverdi i moderne industri. For eksempel, i halvlederproduksjon, brukes vakuumbelegg for å produsere forskjellige funksjonelle lag på skiver; Innen optikk kan anti -refleksjon og anti -refleksjonseffekter oppnås gjennom belegg; I mekanisk produksjon,vakuumbeleggkan forbedre slitemotstanden og korrosjonsmotstanden til komponenter.

Grunnsteori om vakuumbelegg

A. Fundamentals of Vacuum Technology

1. Definisjon og måling av vakuum

Vakuum refererer til et gassmiljø under ett atmosfærisk trykk (760 millimeter kvikksølv, 101325 PA). I henhold til de forskjellige gradene av vakuum, kan vakuum deles inn i lavt vakuum, middels vakuum, høyt vakuum og ultrahøyt vakuum. Måling av vakuumgrad blir vanligvis utført ved bruk av trykkmålere, for eksempel maclehose -trykkmålere, pirani -målere og kalde katodemåler.

2. Vakuuminnsamlingsmetode

Mekanisk pumpe: Mekaniske pumper utladningsgass gjennom mekanisk bevegelse, ofte inkludert roterende vingpumper og membranpumper. Disse pumpene er egnet for å oppnå lavt og middels vakuum.

Molekylær pumpe: En molekylær pumpe bruker en høyhastighets roterende rotor for å utvise mekanisk gass, egnet for å oppnå høyt og ultrahøyt vakuum.

TurboPump: Turbomolecular Pump kombinerer fordelene med mekanisk pumpe og molekylær pumpe, og oppnår effektiv pumping gjennom multi-trinns roterende kniver, og er mye brukt i høye vakuumsystemer.

B. tynnfilm fysikk

Klassifisering og grunnleggende egenskaper til tynne filmer

I henhold til forberedelsesmetoden og formålet, kan tynne filmer deles inn i metallfilmer, keramiske filmer, polymerfilmer, etc. De grunnleggende egenskapene til tynne filmer inkluderer tykkelse, ensartethet, vedheft, hardhet, optiske egenskaper (som transmittans og refleksjon) og elektriske egenskaper (som ledning og dielektrikitet).

Den grunnleggende prosessen og mekanismen for tynn filmvekst

Vekstprosessen med tynne filmer inkluderer vanligvis stadier som kjernefysning, øyvekst, sammenhengende og lagvis vekst. Nukleation er det innledende stadiet der atomer eller molekyler samles på underlagsoverflaten for å danne små øyer; Når tiden går, kobles disse små øyene gradvis til laken, og til slutt danner en kontinuerlig tynn film. Vekstmekanismen påvirkes av faktorer som materialegenskaper, overflatetilstand, avsetningstemperatur og deponeringshastighet.

C. Fundamentals of Materials Science

Vanlige beleggmaterialer og deres egenskaper

Vanlige beleggmaterialer inkluderer metaller (som aluminium, gull, platina), halvledere (som silisium og germanium), keramikk (som aluminiumoksyd og silisiumnitrid) og organiske materialer (som polymerer). Ulike materialer har forskjellige fysiske og kjemiske egenskaper, og når du velger beleggmaterialer, må deres ytelseskrav i spesifikke applikasjoner vurderes.

Prinsipper og standarder for materialvalg

Prinsippene for materialvalg inkluderer kjemisk stabilitet, mekaniske egenskaper, optiske egenskaper og elektriske egenskaper. Standarder involverer vanligvis renhet, partikkelstørrelse, urenhetsinnhold, etc. av materialer for å sikre kvaliteten og funksjonelle egenskapene til tynne filmer.

De viktigste metodene og prinsippene for vakuumbelegg

A. Fysisk dampavsetning (PVD)

Oversikt og klassifisering

Fysisk dampavsetning (PVD) er en teknikk som bruker fysiske prosesser for å avsette materialer på underlagsoverflaten. Hovedkategoriene inkluderer fordampningsbelegg, sputtende belegg og ionbelegg.

Spesifikke prosessprinsipper og trinn

Fordampingbelegg: Materialet fordamper ved høy temperatur og avsetter en tynn film på underlaget gjennom et vakuumsystem. Vanlige varmekilder inkluderer oppvarming av motstand og oppvarming av elektronstråler.

Sputteringsbelegg: Ved å bombardere med inerte gassioner blir målmaterialatomene sprutet på underlaget for å danne en tynn film. Vanlige metoder inkluderer DC -sputtering og RF -sputtering.

Ionplating: Under virkningen av en ionekilde akselereres ioniserte materialer for å avsette seg på underlaget, ofte brukt til å fremstille belegg med høy hardhet.

Fordeler, ulemper og anvendelsesomfang

Fordelene med PVD -teknologi inkluderer tynn filmtetthet, sterk vedheft og lav prosessstemperatur

, men utstyret er sammensatt og kostnadene er høye. Passer til fremstilling av metall-, legerings- og keramiske tynne filmer, mye brukt innen felt av elektronikk, optikk og dekorasjon.

B. Kjemisk dampavsetning (CVD)

Det grunnleggende konseptet med CVD

Kjemisk dampavsetning (CVD) er en teknikk for å avsette tynne filmer på en underlagsoverflate gjennom kjemiske reaksjoner. Reaksjonsgassen dekomponerer eller gjennomgår kjemiske reaksjoner ved høye temperaturer, og genererer faste avsetninger.

Ulike CVD -metoder

Lavtrykk CVD (LPCVD): Reagerer i et lavtrykksmiljø, med høy filmkvalitet og god enhetlighet, egnet for halvlederindustrien.

Plasmaforbedret CVD (PECVD): Bruk av plasma for å akselerere kjemiske reaksjoner og redusere reaksjonstemperaturen, egnet for temperaturfølsomme materialer.

Metall organisk kjemisk dampavsetning (MOCVD): Bruk av organiske forbindelser med metall som forløpere, er det egnet for å fremstille komplekse sammensatte tynne filmer, for eksempel III-V-halvledermaterialer.

Prosessegenskaper og applikasjonseksempler

Egenskapene til CVD -prosess er tett film, høy renhet og god enhetlighet, men høy temperatur og komplekst utstyr. Mye brukt i halvlederenheter, solceller, optiske belegg og andre felt.

C. Atomic Layer Deposition (ALD)

Den unike mekanismen og trinnene til ALD

Atomelagsavsetning (ALD) er en teknikk som nøyaktig kontrollerer tykkelsen på tynne filmer ved vekselvis tilveiebringende forløpergass og reaksjonsgass, og avsetter atomlag lag etter lag på underlagsoverflaten. Den unike selvbegrensende reaksjonsmekanismen muliggjør presis kontroll av filmtykkelsen til nanoskalaen.

Sammenligning med PVD og CVD

Sammenlignet med PVD og CVD, ligger fordelene med ALD i presis kontroll av filmtykkelse, høy enhetlighet og sterk evne til å dekke komplekse strukturer. Imidlertid er deponeringshastigheten tregere, noe som gjør den egnet for applikasjoner som krever ekstremt høy presisjon og ensartethet.

Søknadsutsikt

ALD -teknologi har brede applikasjonsutsikter innen felt som mikroelektronikk, nanoteknologi og biomedisin, for eksempel utarbeidelse av høye K -dielektriske filmer, nanotråd og biosensorer.

Vakuumbeleggutstyr og prosessstrøm

A. Typisk vakuumbeleggutstyr

Grunnstrukturen til beleggsmaskinen

Typisk beleggutstyr inkluderer vakuumkamre, ekstraksjonssystemer, varmesystemer, kontrollsystemer og beleggskilder. Vakuumkammeret gir et lavtrykksmiljø, pumpesystemet brukes til å oppnå og vedlikeholde vakuum, beleggskilden gir materialer, og kontrollsystemets overvåker og justerer prosessparametere.

Vanlige enhetstyper

Fordamping av beleggmaskin: Materialet fordampes og avsettes på underlaget gjennom motstandsoppvarming eller elektronstråleoppvarming.

Sputteringsbeleggsmaskin: Målmaterialatomene spruteres på underlaget gjennom magnetron sputtering eller radiofrekvens sputtering.

Ionplateringsutstyr: Bruker en ionekilde for å generere høyenergi-ionebjelker for å avsette tynne filmer, ofte brukt i fremstilling av harde belegg.

B. Prosessstrøm

Forbehandlingsprosess

Før belegget må underlagsoverflaten rengjøres og forbehandles for å fjerne overflateforurensninger og oksydlag, noe som sikrer filmen vedheft og ensartethet. Vanlige metoder inkluderer ultralydrensing, kjemisk rengjøring og rengjøring av plasma.

Beleggingsprosess

Nøkkelen til belegningsprosessen er optimalisering av kontrollparametere, inkludert vakuumgrad, temperatur, gasstrømningshastighet og deponeringshastighet. Disse parametrene påvirker direkte kvaliteten og ytelsen til filmen.

Etter behandlingsprosess

Filmen etter belegg krever ofte etterbehandling, som annealing og passivering, for å forbedre filmenes fysiske og kjemiske egenskaper og stabilitet.

C. Prosesskontroll og optimalisering

Kontroll av parametere som vakuumgrad, temperatur, atmosfære osv

Ved å kontrollere vakuumgraden, avsetningstemperaturen og gasssammensetningen, kan vekstprosessen til tynne filmer optimaliseres, og ensartetheten og ytelsen til filmene kan forbedres.

Kontroll av beleggtykkelse og ensartethet

Ved å bruke online overvåkningsteknologier som kvarts krystallmikrobalanse og optisk overvåkingssystem, kan overvåkning av sanntid og kontroll av beleggtykkelse og ensartethet oppnås for å sikre kvaliteten på filmen.

Kvalitetstesting og evalueringsmetoder

Påvisning av filmkvalitet inkluderer evaluering av fysiske, kjemiske og mekaniske egenskaper, for eksempel filmtykkelse, overflatemorfologi, sammensetningsanalyse, vedheft, hardhet, etc. Vanlige metoder inkluderer skanningselektronmikroskopi (SEM), atomkraftmikroskopi (AFM), røntgendiffraksjon (XRD) og spektroskopisk analyse.

Brukseksempler på vakuumbelegg

A. Elektronikk og halvlederindustri

Integrert kretsproduksjon

Vakuumbeleggingsteknologi brukes i integrert kretsproduksjon for å avsette metall -sammenkoblingslag, isolasjonslag og beskyttelseslag. Beleggingsprosessen med høy presisjon sikrer kretsytelse og pålitelighet.

Beleggsteknologi for skjermer og sensorer

I visningsproduksjon brukes vakuumbelegg for å sette inn gjennomsiktige ledende filmer og optiske filmer; I sensorproduksjon brukes beleggsteknologi for å fremstille følsomme komponenter og beskyttende lag, noe som forbedrer sensorens følsomhet og holdbarhet.

B. Optikk og optoelektronikk

Typer og anvendelser av optiske tynne filmer

Optiske tynne filmer inkluderer anti -reflekterende filmer, anti -reflekterende filmer, filterfilmer og reflekterende filmer. Ved å kontrollere filmens tykkelse og optiske egenskaper, kan spesifikke optiske effekter oppnås, for eksempel å redusere refleksjon, forbedre transmittans og selektiv filtrering.

Påføringen av belegg i lasere og optiske enheter

Hos lasere og optiske enheter brukes vakuumbeleggsteknologi for å produsere speil med høy ytelse, vinduer og linser, noe som forbedrer effektiviteten og stabiliteten til optiske systemer.

C. Mekaniske og beskyttende applikasjoner

Hardt belegg og slitasjebestandig belegg

Hard belegg og slitasjebestandig belegg tilberedes gjennom vakuumbeleggsteknologi og brukes mye i verktøy, muggsopp og mekaniske deler for å forbedre deres slitestid og levetid.

Påføring av antikorrosjonsbelegg

Anti korrosjonsbelegg avsetter et lag med korrosjonsbestandige materialer, for eksempel krom og titan, på metalloverflaten gjennom vakuumbeleggsteknologi for å forbedre dens korrosjonsmotstand og forlenge utstyrets levetid.

D. applikasjoner i nye felt

Vakuumbelegg i nanoteknologi

I nanoteknologi brukes vakuumbelegg for å fremstille nanoskala strukturer og tynne filmer, for eksempel nanotråder, nanopartikler og kvanteprikker, brukt i felt som elektronikk, optoelektronikk og katalyse.

Biomedisinske applikasjoner

Vakuumbeleggsteknologi brukes i biomedisinske applikasjoner for å produsere funksjonelle belegg på biokompatible filmer, sensorer og overflater med medisinsk utstyr, noe som forbedrer ytelsen og sikkerheten.