Виявлено принцип вакууму

Це процес осідання матеріалів на поверхню підкладки за допомогою фізичних або хімічних методів у середовищі низького тиску для утворення тонкої плівки. Завдяки цій технології можна досягти високої чистої та високої тотової толкової плівки, надаючи йому специфічні оптичні, електричні, механічні та інші властивості. Тому вакуумне покриття має важливу цінність застосування в сучасній промисловості. Наприклад, у виробництві напівпровідників вакуумне покриття використовується для отримання різних функціональних шарів на вафлях; У сфері оптики проти відбиття та проти відображення ефектів можна досягти за допомогою покриття; В механічному виробництві,Вакуумне покриттяможе покращити стійкість до зносу та корозійну стійкість компонентів.

Основна теорія вакуумного покриття

A. Основи вакуумної технології

1. Визначення та вимірювання вакууму

Вакуум стосується газового середовища нижче одного атмосферного тиску (760 міліметрів ртуті, 101325 ПА). Відповідно до різних ступенів вакууму, вакуум можна розділити на низький вакуум, середній вакуум, високий вакуум та ультра-високий вакуум. Вимірювання ступеня вакууму зазвичай проводяться за допомогою датчиків тиску, таких як датчики тиску Maclehose, датчики пірані та вимірювання холодного катода.

2. Метод збору вакууму

Механічний насос: механічні насоси розкидають газ за допомогою механічного руху, зазвичай включаючи обертові насоси з лопатей та насоси діафрагми. Ці насоси підходять для отримання низького та середнього вакууму.

Молекулярний насос: Молекулярний насос використовує високошвидкісний ротор, що обертається, для механічного вигнання газу, придатного для отримання високого та надвисокого вакууму.

Turbopump: Турбомолекулярний насос поєднує переваги механічного насоса та молекулярного насоса, досягнення ефективного перекачування через багатоступеневі обертові лопаті та широко використовується у високих вакуумних системах.

B. Фізика тонкої плівки

Класифікація та основні властивості тонких плівок

Відповідно до методу підготовки та цілі, тонкі плівки можна розділити на металеві плівки, керамічні плівки, полімерні плівки тощо. Основні властивості тонких плівок включають товщину, рівномірність, адгезію, твердість, оптичні властивості (такі як передача та відбивна здатність) та електричні властивості (наприклад, провідність та постійна константа).

Основний процес та механізм зростання тонкої плівки

Процес росту тонких плівок зазвичай включає такі стадії, як зародження, зростання островів, суміжний та шаруватим зростання. Ядра - це початкова стадія, на якій на поверхні субстрату збираються атоми або молекули, утворюючи невеликі острови; З плином часу ці маленькі острови поступово з'єднуються в аркуші, врешті -решт утворюючи безперервну тонку плівку. На механізм росту впливає такі фактори, як властивості матеріалу, стан поверхні субстрату, температура осадження та швидкість осадження.

C. Основи матеріалознавства

Загальні матеріали для покриття та їх характеристики

Поширені матеріали для покриття включають метали (такі як алюміній, золото, платина), напівпровідники (такі як кремній та германій), кераміка (такі як оксид алюмінію та нітрид кремнію) та органічні матеріали (наприклад, полімери). Різні матеріали мають різні фізичні та хімічні властивості, і при виборі покриття матеріалів потрібно враховувати їхні вимоги до конкретних застосувань.

Принципи та стандарти для вибору матеріалів

Принципи вибору матеріалу включають хімічну стабільність, механічні властивості, оптичні властивості та електричні властивості. Стандарти зазвичай включають чистоту, розмір частинок, вміст домішок тощо, щоб забезпечити якість та функціональні характеристики тонких плівок.

Основні методи та принципи вакуумного покриття

A. Фізичне осадження пари (PVD)

Огляд та класифікація

Фізичне осадження пари (PVD) - це методика, яка використовує фізичні процеси для відкладення матеріалів на поверхню підкладки. Основні категорії включають покриття випаровування, покриття з розпиленням та іонне покриття.

Конкретні принципи процесу та кроки

Покриття випаровування: Матеріал випаровується при високій температурі і відкладає тонку плівку на підкладці через вакуумну систему. Поширені джерела тепла включають опір нагрівання та нагрівання електронів.

Покриття з розпиленням: Бомбардуючи іонами інертного газу, атоми цільового матеріалу розпилюються на підкладку, утворюючи тонку плівку. Поширені методи включають розпилення постійного струму та розпилення РФ.

Іонне покриття: За дією джерела іонів іонізовані матеріали прискорюються для відкладення на підкладку, зазвичай використовуються для підготовки покриттів високої твердості.

Переваги, недоліки та сфера застосування

Переваги технології PVD включають тонку щільність плівки, сильну адгезію та низьку температуру процесу

, але обладнання складне, а вартість висока. Підходить для приготування металевих, сплавів та керамічних тонких плівок, широко застосованих у полях електроніки, оптики та прикраси.

B. Хімічне осадження пари (CVD)

Основна концепція ССЗ

Хімічне осадження пари (ССЗ) - це техніка осадження тонких плівок на поверхні підкладки через хімічні реакції. Реакційний газ розкладається або зазнає хімічних реакцій при високих температурах, генеруючи тверді відкладення.

Різні методи ССЗ

Низький тиск CVD (LPCVD): реагує в середовищі низького тиску, з високою якістю плівки та хорошою рівномірністю, придатними для напівпровідникової галузі.

Плазма посилював ССЗ (PECVD): Використання плазми для прискорення хімічних реакцій та зниження температури реакції, придатної для температурних матеріалів.

Металева органічна хімічна осадження пари (MOCVD): Використання металевих органічних сполук як попередників підходить для приготування складних складних тонких плівок, таких як напівпровідникові матеріали III-V.

Характеристики процесу та приклади додатків

Характеристики процесу ССЗ - це щільна плівка, висока чистота та хороша рівномірність, але висока температура та складне обладнання. Широко використовується в напівпровідникових пристроях, сонячних батареях, оптичних покриттях та інших полях.

C. Осадження атомного шару (ALD)

Унікальний механізм та кроки ALD

Осадження атомного шару (ALD) - це методика, яка точно контролює товщину тонких плівок, поперемінно постачаючи газ -попередник газу та реакційного газу, а також відкладаючи атомні шари шарів на шар на поверхні підкладки. Його унікальний механізм реакції самоумітування дозволяє точно контролювати товщину плівки до нанорозмірного масштабу.

Порівняння з PVD та CVD

Порівняно з ПВД та ССЗ, переваги ALD полягають у точному контролі товщини плівки, високої рівномірності та сильної здатності покривати складні структури. Однак швидкість осадження повільніша, що робить її придатною для застосувань, які потребують надзвичайно високої точності та рівномірності.

Перспектива застосування

ALD Technology має широкі перспективи застосування в таких галузях, як мікроелектроніка, нанотехнологія та біомедицина, такі як підготовка високих k діелектричних плівок, нанопровідників та біосенсорів.

Вакуумне покриття та технологічний потік

A. Типове обладнання вакуумного покриття

Основна структура машини для покриття

Типове обладнання для покриття включає вакуумні камери, системи вилучення, системи опалення, системи управління та джерела покриття. Вакуумна камера забезпечує середовище з низьким тиском, насосна система використовується для отримання та підтримки вакууму, джерело покриття забезпечує матеріали, а система управління монітор та регулює параметри процесу.

Загальні типи пристроїв

Машина для випаровування: Матеріал випаровується і осідає на підкладку через опір нагрівання або нагрівання електронного променя.

Машина для розпилення покриття: Атоми цільового матеріалу розпилюються на підкладку через розпилення магнетронів або розпилення радіочастот.

Іонне обладнання для покриття: Використання джерела іонів для генерування високоенергетичних іонних променів для відкладення тонких плівок, які зазвичай використовуються для підготовки жорстких покриттів.

B. Потік процесу

Процес попередньої обробки

Перед покриттям поверхню підкладки потрібно очистити та попередньо обробити, щоб видалити поверхневі забруднювачі та оксидні шари, забезпечуючи адгезію та рівномірність плівки. Поширені методи включають ультразвукове очищення, хімічне очищення та очищення плазми.

Процес покриття

Ключовим процесом покриття є оптимізація параметрів контролю, включаючи ступінь вакууму, температуру, швидкість потоку газу та швидкість осадження. Ці параметри безпосередньо впливають на якість та продуктивність фільму.

Процес після обробки

Фільм після покриття часто вимагає після лікування, наприклад, відпал та пасивація, для поліпшення фізичних та хімічних властивостей та стабільності плівки.

C. Контроль та оптимізація процесів

Контроль параметрів, таких як ступінь вакууму, температура, атмосфера тощо

Точно контролюючи ступінь вакууму, температуру осадження та склад газу, процес росту тонких плівок може бути оптимізований, а однакоість та продуктивність плівок можна вдосконалити.

Контроль товщини покриття та рівномірності

Використовуючи технології онлайн-моніторингу, такі як мікробаланс кристала кварцу та система оптичного моніторингу, можна досягти моніторингу та контролю товщини покриття та рівномірності для забезпечення якості плівки.

Методи тестування та оцінки якості

Виявлення якості плівки включає оцінку фізичних, хімічних та механічних властивостей, таких як товщина плівки, морфологія поверхні, аналіз композиції, адгезія, твердість тощо. Поширені методи включають скануючу електронну мікроскопію (SEM), атомну силову мікроскопію (AFM), рентгенівську дифракцію (XRD) та спектроскопічний аналіз.

Приклади застосування вакуумного покриття

A. Електроніка та напівпровідникова промисловість

Комплексне виробництво ланцюга

Технологія вакуумного покриття використовується при виробництві інтегрованих ланцюгів для відкладення металевих шарів взаємозв'язку, ізоляційних шарів та захисних шарів. Процес високоточного покриття забезпечує ефективність та надійність схеми.

Технологія покриття для дисплеїв та датчиків

На дисплеї виробництва вакуумне покриття використовується для відкладення прозорих провідних плівок та оптичних плівок; У виробництві датчиків технологія покриття використовується для підготовки чутливих компонентів та захисних шарів, покращення чутливості та довговічності датчиків.

B. Оптика та оптоелектроніка

Типи та застосування оптичних тонких плівок

Оптичні тонкі плівки включають анти відбиваючі плівки, анти відбиваючі плівки, фільтрувальні плівки та відбиваючі плівки. Точно контролюючи товщину та оптичні властивості плівок, можна досягти конкретних оптичних ефектів, таких як зменшення відображення, посилення пропускання та селективна фільтрація.

Застосування покриття в лазерах та оптичних пристроях

У лазерах та оптичних пристроях технологія вакуумного покриття використовується для виготовлення високопродуктивних дзеркал, вікон та лінз, підвищення ефективності та стабільності оптичних систем.

C. Механічні та захисні програми

Жорстке покриття та стійке до зносу покриття

Жорсткі покриття та стійкі до зносу покриття готуються за допомогою технології вакуумного покриття та широко використовуються в інструментах, формах та механічних деталях для поліпшення стійкості до зносу та терміну служби.

Застосування антикорозійних покриттів

Антикорозійні покриття відкладають шар стійких до корозії матеріалів, таких як хром та титан, на поверхні металу за допомогою технології вакуумного покриття для підвищення його резистентності до корозій та продовження терміну служби обладнання.

D. Застосування у нових полях

Вакуумне покриття в нанотехнології

У нанотехнології вакуумне покриття використовується для приготування нанорозмірних структур та тонких плівок, таких як нанопроводи, наночастинки та квантові крапки, застосовані в таких галузях, як електроніка, оптоелектроніка та каталіз.

Біомедичні програми

Технологія вакуумного покриття використовується в біомедичних застосуванні для виготовлення функціональних покриттів на біосумісних плівках, датчиках та поверхнях медичних пристроїв, що покращує їх продуктивність та безпеку.