Je odhalen princip vakuového povlaku: Technická nadace, tok procesů a průmyslová aplikace

Jedná se o proces ukládání materiálů na povrch substrátu pomocí fyzikálních nebo chemických metod v prostředí nízkého tlaku k vytvoření tenkého filmu. Prostřednictvím této technologie lze dosáhnout vysoce čisté a vysoce přesné depozice tenkých filmů, což mu dává specifické optické, elektrické, mechanické a jiné vlastnosti. Vakuový povlak má proto v moderním průmyslu důležitou aplikační hodnotu. Například při výrobě polovodičů se vakuový povlak používá k výrobě různých funkčních vrstev na oplatkách; V oblasti optiky lze anti reflexe a anti reflexní účinky dosáhnout povlakem; V mechanické výrobě,vakuový povlakmůže zlepšit odolnost proti opotřebení a odolnost složek o korozi.

Základní teorie vakuového povlaku

A. Základy vakuové technologie

1. Definice a měření vakua

Vakuum označuje plynové prostředí pod jedním atmosférickým tlakem (760 milimetrů rtuti, 101325 PA). Podle různých stupňů vakua lze vakuum rozdělit na nízké vakuum, střední vakuum, vysoké vakuum a ultra vysoký vakuum. Měření stupně vakua se obvykle provádí za použití tlakových měřidel, jako jsou tlakové měřidla maklehose, měřidla Pirani a měřidla katod za studena.

2. Metoda získávání vakua

Mechanické čerpadlo: Mechanické čerpadly vypouštějí plyn mechanickým pohybem, obvykle zahrnují čerpadla rotační lopatky a membránových čerpadel. Tato čerpadla jsou vhodná pro získání nízkého a středního vakua.

Molekulární čerpadlo: Molekulární čerpadlo využívá vysokorychlostní rotační rotor k mechanicky vyloučení plynu, vhodný pro získání vysoko a ultra vysoký vakuum.

Turbopump: Turbomolekulární čerpadlo kombinuje výhody mechanického čerpadla a molekulárního čerpadla, dosahuje efektivního čerpání přes vícestupňové rotující čepele a je široce používáno ve vysoce vakuových systémech.

B. Fyzika tenkého filmu

Klasifikace a základní vlastnosti tenkých filmů

Podle metody a účelu přípravy lze tenké filmy rozdělit do kovových filmů, keramických filmů, polymerních filmů atd. Mezi základní vlastnosti tenkých filmů patří tloušťka, uniformita, přilnavost, tvrdost, optické vlastnosti (jako je propustnost a odrazivost) a elektrické vlastnosti (jako je například dielektrická konstanta).

Základní proces a mechanismus růstu tenkých filmů

Proces růstu tenkých filmů obvykle zahrnuje fáze, jako je nukleace, růst ostrova, sousedící a vrstvený růst. Nukleace je počáteční fáze, ve kterém se atomy nebo molekuly shromažďují na povrchu substrátu za vzniku malých ostrovů; Postupem času se tyto malé ostrovy postupně připojují do listů a nakonec tvoří nepřetržitý tenký film. Mechanismus růstu je ovlivněn faktory, jako jsou vlastnosti materiálu, stav povrchu substrátu, teplota depozice a rychlost depozice.

C. Základy vědy o materiálech

Běžné povlakové materiály a jejich vlastnosti

Mezi běžné povlakové materiály patří kovy (jako je hliník, zlato, platina), polovodiče (jako je křemík a germanium), keramika (jako je oxid hlinitý a nitrid křemíku) a organické materiály (jako jsou polymery). Různé materiály mají různé fyzikální a chemické vlastnosti a při výběru povlakových materiálů je třeba zvážit jejich požadavky na výkon v konkrétních aplikacích.

Principy a standardy pro výběr materiálu

Mezi principy výběru materiálu patří chemická stabilita, mechanické vlastnosti, optické vlastnosti a elektrické vlastnosti. Standardy obvykle zahrnují čistotu, velikost částic, obsah nečistot atd. Materiálů, aby byla zajištěna kvalita a funkční vlastnosti tenkých filmů.

Hlavní metody a principy vakuového povlaku

A. Fyzikální depozice páry (PVD)

Přehled a klasifikace

Fyzikální depozice par (PVD) je technika, která využívá fyzické procesy k ukládání materiálů na povrch substrátu. Mezi hlavní kategorie patří odpařovací povlak, nápravu a iont.

Konkrétní principy a kroky procesu

Odpařovací povlak: Materiál se odpaří při vysoké teplotě a ukládá tenký film na substrátu prostřednictvím vakuového systému. Mezi běžné zdroje tepla patří vytápění odporu a zahřívání elektronového paprsku.

Potahování rozprašováním: Bombardováním inertními ionty ionty jsou atomy cílového materiálu rozprašovány na substrát, aby vytvořily tenký film. Mezi běžné metody patří DC rozprašování a RF rozprašování.

Iontové pokovování: Pod působením zdroje iontů se ionizované materiály zrychlí, aby se vložily na substrát, běžně používané k přípravě povlaků s vysokou tvrdostí.

Výhody, nevýhody a rozsah aplikace

Mezi výhody technologie PVD patří hustota tenkého filmu, silná adheze a nízká procesní teplota

, ale vybavení je složité a náklady jsou vysoké. Vhodné pro přípravu kovových, slitin a keramických tenkých filmů, široce používaných v polích elektroniky, optiky a dekorace.

B. Depozice chemických par (CVD)

Základní koncept CVD

Chemická depozice par (CVD) je technika ukládání tenkých filmů na povrch substrátu prostřednictvím chemických reakcí. Reakční plyn se rozkládá nebo podléhá chemickým reakcím při vysokých teplotách a vytváří pevné usazeniny.

Různé metody CVD

Nízkotlaký CVD (LPCVD): reaguje v prostředí nízkého tlaku s vysokou kvalitou filmu a dobrou uniformitou, vhodnou pro polovodičový průmysl.

Plazma vylepšená CVD (PECVD): Využití plazmy k urychlení chemických reakcí a snížení reakční teploty, vhodné pro teplotu citlivé materiály.

Kovové organické chemické depozice par (MOCVD): Použití kovových organických sloučenin jako prekurzorů je vhodné pro přípravu složitých složených tenkých filmů, jako jsou polovodičové materiály III-V.

Charakteristiky procesu a příklady aplikací

Charakteristiky procesu CVD jsou hustý film, vysoká čistota a dobrá uniformita, ale vysoká teplota a komplexní zařízení. Široce se používá v polovodičových zařízeních, solárních článcích, optických povlacích a jiných polích.

C. Depozice atomové vrstvy (ALD)

Jedinečný mechanismus a kroky ALD

Ukládání atomové vrstvy (ALD) je technika, která přesně řídí tloušťku tenkých filmů střídavým dodáním prekurzorového plynu a reakčního plynu a nanesením atomových vrstev vrstvou na povrch substrátu. Jeho jedinečný mechanismus reakce na sebepolití umožňuje přesnou kontrolu tloušťky filmu na nanočástice.

Srovnání s PVD a CVD

Ve srovnání s PVD a CVD spočívají výhody ALD v přesné kontrole tloušťky filmu, vysokou uniformitou a silnou schopností pokrýt komplexní struktury. Rychlost depozice je však pomalejší, takže je vhodná pro aplikace, které vyžadují extrémně vysokou přesnost a uniformitu.

vyhlídka na aplikaci

Technologie ALD má široké vyhlídky na aplikaci v oborech, jako je mikroelektronika, nanotechnologie a biomedicína, jako je příprava vysokých dielektrických filmů, nanowires a biosenzorů.

Vysavací zařízení a tok procesů

A. Typické vakuové potahovací zařízení

Základní struktura potahovacího stroje

Typické potahové zařízení zahrnuje vakuové komory, extrakční systémy, topné systémy, řídicí systémy a zdroje povlaků. Vakuová komora poskytuje nízkotlaké prostředí, čerpací systém se používá k získání a údržbě vakua, zdroj povlaku poskytuje materiály a monitory řídicího systému a upravuje procesní parametry.

Běžné typy zařízení

Odpařovací potahovací stroj: Materiál je odpařen a nanesen na substrát prostřednictvím odporového topení nebo ohřevu elektronového paprsku.

Napravovací potahovací stroj: Atomy cílového materiálu jsou rozprašovány na substrát prostřednictvím magnetorového rozprašování nebo rozprašování rádiové frekvence.

Iontové pokovovací zařízení: Využití zdroje iontů k vytvoření vysokoenergetických iontových paprsků k ukládání tenkých filmů, běžně používaných při přípravě tvrdých povlaků.

B. Procesní tok

Proces před zpracováním

Před povlakem musí být povrch substrátu vyčištěn a předem ošetřen, aby se odstranily povrchové znečišťující látky a oxidové vrstvy, což zajišťuje adhezi a uniformitu filmu. Mezi běžné metody patří ultrazvukové čištění, chemické čištění a čištění plazmy.

Proces povlaku

Klíčem k procesu povlaku je optimalizace kontrolních parametrů, včetně vakuového stupně, teploty, průtoku plynu a rychlosti depozice. Tyto parametry přímo ovlivňují kvalitu a výkon filmu.

Proces zpracování po zpracování

Film po povlaku často vyžaduje po léčbě, jako je žíhání a pasivace, ke zlepšení fyzikálních a chemických vlastností a stability filmu.

C. Řízení a optimalizace procesů

Řízení parametrů, jako je stupeň vakua, teplota, atmosféra atd.

Přesně kontrolou stupně vakua, depoziční teploty a složení plynu lze optimalizovat růstový proces tenkých filmů a lze zlepšit uniformitu a výkon filmů.

Ovládání tloušťky povlaku a uniformity

Použitím technologií online monitorování, jako je křemenná krystalová mikrobalance a optický monitorovací systém, lze dosáhnout monitorování a kontroly tloušťky a uniformity v reálném čase, aby se zajistila kvalita filmu.

Metody testování kvality a hodnocení

Detekce kvality filmu zahrnuje vyhodnocení fyzikálních, chemických a mechanických vlastností, jako je tloušťka filmu, morfologie povrchu, analýza složení, adheze, tvrdost atd. Mezi běžné metody patří skenovací elektronová mikroskopie (SEM), mikroskopie atomové síly (AFM), rentgenová difrakce (XRD) a spektroskopická analýza.

Příklady aplikací vakuového povlaku

A. Elektronika a polovodičový průmysl

Integrovaná výroba obvodů

Technologie vakuového povlaku se používá ve výrobě integrovaných obvodů k uložení kovových propojovacích vrstev, izolačních vrstev a ochranných vrstev. Proces vysoce přesného povlaku zajišťuje výkon obvodu a spolehlivost.

Technologie povlaku pro displeje a senzory

Při výrobě displeje se vakuový povlak používá k ukládání transparentních vodivých filmů a optických filmů; Při výrobě senzoru se technologie povlaku používá k přípravě citlivých komponent a ochranných vrstev, což zlepšuje citlivost a trvanlivost senzorů.

B. Optika a optoelektronika

Typy a aplikace optických tenkých filmů

Optické tenké filmy zahrnují anti reflexní filmy, anti reflexní filmy, filtrační filmy a reflexní filmy. Přesně kontrolou tloušťky a optických vlastností filmů lze dosáhnout specifických optických efektů, jako je snížení odrazu, zvýšení propustnosti a selektivní filtrování.

Aplikace povlaku v laserech a optických zařízeních

V laserech a optických zařízeních se technologie vakuového povlaku používá k výrobě vysoce výkonných zrcadel, oken a čoček, což zlepšuje účinnost a stabilitu optických systémů.

C. Mechanické a ochranné aplikace

Tvrdý povlak a opotřebení

Tvrdé povlaky a opotřebované povlaky se připravují prostřednictvím technologie vakuového povlaku a široce se používají v nástrojích, formách a mechanických částech ke zlepšení odolnosti proti opotřebení a životnosti.

Aplikace protikorozních povlaků

Antikorozní povlaky ukládají vrstvu materiálů rezistentních na korozi, jako je chrom a titan, na povrch kovu prostřednictvím technologie vakuového povlaku, aby se zvýšila její odolnost proti korozi a prodloužila životnost zařízení.

D. Aplikace v rozvíjejících se polích

Vakuový povlak v nanotechnologii

V nanotechnologii se vakuový povlak používá k přípravě nanočástic a tenkých filmů, jako jsou nanočástice, nanočástice a kvantové tečky, aplikované v polích, jako je elektronika, optoelektronika a katalýza.

Biomedicínské aplikace

Technologie vakuového povlaku se používá v biomedicínských aplikacích k výrobě funkčních povlaků na biokompatibilních filmech, senzorech a povrchu zdravotnických prostředků, což zlepšuje jejich výkon a bezpečnost.