Het principe van vacuümcoating wordt onthuld: technische basis, processtroom en industriële toepassing

Het is een proces van het afwijzen van materialen op een substraatoppervlak met behulp van fysische of chemische methoden in een lagedrukomgeving om een ​​dunne film te vormen. Door deze technologie kunnen dunne filmafzetting met hoge zuiverheid en zeer nauwkeurige films worden bereikt, waardoor het specifieke optische, elektrische, mechanische en andere eigenschappen heeft. Daarom heeft vacuümcoating een belangrijke applicatiewaarde in de moderne industrie. In de productie van halfgeleiders wordt bijvoorbeeld vacuümcoating gebruikt om verschillende functionele lagen op wafels te produceren; Op het gebied van optica kunnen anti -reflectie- en anti -reflectieeffecten worden bereikt door coating; In mechanische productie,vacuümcoatingkan de slijtvastheid en corrosieweerstand van componenten verbeteren.

Basistheorie van vacuümcoating

A. Fundamentals of Vacuum Technology

1. Definitie en meting van vacuüm

Vacuüm verwijst naar een gasomgeving onder één atmosferische druk (760 millimeter kwik, 101325 PA). Volgens de verschillende mate van vacuüm kan vacuüm worden verdeeld in laag vacuüm, medium vacuüm, hoog vacuüm en ultrahoog vacuüm. De meting van de vacuüm graad wordt meestal uitgevoerd met behulp van drukmeters, zoals maclehosedrukmeters, pirani -meters en koude kathodemeters.

2. Vacuüm acquisitiemethode

Mechanische pomp: mechanische pompen ontladen gas door mechanische beweging, meestal inclusief roterende schoeppompen en diafragmpompen. Deze pompen zijn geschikt voor het verkrijgen van laag en gemiddeld vacuüm.

Moleculaire pomp: een moleculaire pomp maakt gebruik van een snel roterende rotor om gas mechanisch te verdrijven, geschikt voor het verkrijgen van hoog en ultrahoge vacuüm.

Turbopump: turbomoleculaire pomp combineert de voordelen van mechanische pomp en moleculaire pomp, het bereiken van efficiënt pompen door roterende messen met meerdere fasen en wordt veel gebruikt in hoge vacuümsystemen.

B. Dunne filmfysica

Classificatie en basiseigenschappen van dunne films

Volgens de voorbereidingsmethode en het doel kunnen dunne films worden onderverdeeld in metalen films, keramische films, polymeerfilms, enz. De basiseigenschappen van dunne films omvatten dikte, uniformiteit, hechting, hardheid, optische eigenschappen (zoals overdracht en reflectiviteit) en elektrische eigenschappen (zoals geleidbaarheid en diëlektrische constante).

Het basisproces en het mechanisme van dunne filmgroei

Het groeiproces van dunne films omvat meestal stadia zoals nucleatie, eilandgroei, aaneengesloten en gelaagde groei. Nucleatie is de beginfase waarin atomen of moleculen zich op het substraatoppervlak verzamelen om kleine eilanden te vormen; Naarmate de tijd verstrijkt, verbinden deze kleine eilanden zich geleidelijk in vellen en vormen uiteindelijk een continue dunne film. Het groeimechanisme wordt beïnvloed door factoren zoals materiaaleigenschappen, substraatoppervlakte, afzettingstemperatuur en afzettingssnelheid.

C. Fundamentals of Materials Science

Gemeenschappelijke coatingmaterialen en hun kenmerken

Gemeenschappelijke coatingmaterialen omvatten metalen (zoals aluminium, goud, platina), halfgeleiders (zoals silicium en germanium), keramiek (zoals aluminiumoxide en siliciumnitride) en organische materialen (zoals polymeren). Verschillende materialen hebben verschillende fysische en chemische eigenschappen en bij het selecteren van coatingmaterialen moeten hun prestatievereisten in specifieke toepassingen worden overwogen.

Principes en normen voor materiële selectie

De principes van materiaalselectie omvatten chemische stabiliteit, mechanische eigenschappen, optische eigenschappen en elektrische eigenschappen. Normen omvatten meestal de zuiverheid, deeltjesgrootte, de onzuiverheidsinhoud, enz. Van materialen om de kwaliteit en functionele kenmerken van dunne films te waarborgen.

De belangrijkste methoden en principes van vacuümcoating

A. Fysieke dampafzetting (PVD)

Overzicht en classificatie

Fysieke dampafzetting (PVD) is een techniek die fysieke processen gebruikt om materialen op het substraatoppervlak te afzetten. De belangrijkste categorieën omvatten verdampingscoating, sputtercoating en ionenplaten.

Specifieke procesprincipes en stappen

Verdampingscoating: het materiaal verdampt bij hoge temperatuur en stort een dunne film op het substraat af via een vacuümsysteem. Veel voorkomende warmtebronnen zijn weerstandsverwarming en elektronenstraalverwarming.

Sputtercoating: door te bombarderen met inerte gasionen, worden de doelmateriaalatomen gesputterd op het substraat om een ​​dunne film te vormen. Gemeenschappelijke methoden zijn onder meer DC -sputteren en RF -sputteren.

Ionplating: onder de werking van een ionenbron worden geïoniseerde materialen versneld om op het substraat af te zetten, gewoonlijk gebruikt om hoge hardheidscoatings te bereiden.

Voor-, nadelen en toepassingsomvang

De voordelen van PVD -technologie omvatten dunne filmdichtheid, sterke hechting en lage procestemperatuur

, maar de apparatuur is complex en de kosten zijn hoog. Geschikt voor de bereiding van metaal, legering en keramische dunne films, veel gebruikt in de velden van elektronica, optica en decoratie.

B. Chemische dampafzetting (CVD)

Het basisconcept van CVD

Chemische dampafzetting (CVD) is een techniek voor het afwijzen van dunne films op een substraatoppervlak door chemische reacties. Het reactiegas ontleedt of ondergaat chemische reacties bij hoge temperaturen, waardoor vaste afzettingen worden gegenereerd.

Verschillende CVD -methoden

Lage druk CVD (LPCVD): reageert in een lage drukomgeving, met hoge filmkwaliteit en goede uniformiteit, geschikt voor de halfgeleiderindustrie.

Plasma verbeterde CVD (PECVD): gebruik van plasma om chemische reacties te versnellen en de reactietemperatuur te verminderen, geschikt voor temperatuurgevoelige materialen.

Metalen organische chemische dampafzetting (MOCVD): met behulp van metaalorganische verbindingen als voorlopers is het geschikt voor het bereiden van complexe dunne samengestelde films, zoals III-V halfgeleidermaterialen.

Proceskenmerken en toepassingsvoorbeelden

De kenmerken van het CVD -proces zijn dichte film, hoge zuiverheid en goede uniformiteit, maar hoge temperatuur en complexe apparatuur. Op grote schaal gebruikt in halfgeleiderapparaten, zonnecellen, optische coatings en andere velden.

C. Atoomlaagafzetting (ALD)

Het unieke mechanisme en stappen van ALD

Atomaire laagafzetting (ALD) is een techniek die de dikte van dunne films precies regelt door afwisselend voorlopergas en reactiegas te leveren en atoomlagenlagen af ​​te zetten door laag op het substraatoppervlak. Het unieke zelfbeperkende reactiemechanisme zorgt voor nauwkeurige controle van de filmdikte tot het nanoschaal.

Vergelijking met PVD en CVD

Vergeleken met PVD en CVD liggen de voordelen van ALD in precieze controle van filmdikte, hoge uniformiteit en een sterk vermogen om complexe structuren te bedekken. De afzettingssnelheid is echter langzamer, waardoor het geschikt is voor toepassingen die een extreem hoge precisie en uniformiteit vereisen.

Prospect van aanvraag

ALD -technologie heeft brede toepassingsperspectieven op gebieden zoals micro -elektronica, nanotechnologie en biomedicine, zoals de bereiding van hoge K -diëlektrische films, nanodraden en biosensoren.

Vacuümcoatingapparatuur en processtroom

A. Typische vacuümcoatingapparatuur

De basisstructuur van de coatingmachine

Typische coatingapparatuur omvat vacuümkamers, extractiesystemen, verwarmingssystemen, besturingssystemen en coatingbronnen. De vacuümkamer biedt een lagedrukomgeving, het pompsysteem wordt gebruikt om vacuüm te verkrijgen en te behouden, de coatingbron biedt materialen en het besturingssysteem bewaakt en past processameters aan.

Veel voorkomende apparaattypen

Verdampingsmachine: het materiaal wordt verdampt en afgezet op het substraat door weerstandsverwarming of elektronenstraalverwarming.

Sputtercoatingmachine: de doelmateriaalatomen worden gesputterd op het substraat door sputteren van magnetron of radiofrequentie sputteren.

Ionplatingapparatuur: het gebruik van een ionenbron om ionenbundels met hoge energie te genereren om dunne films af te zetten, die vaak wordt gebruikt bij de bereiding van harde coatings.

B. Processtroom

Pre -verwerkingsproces

Vóór de coating moet het substraatoppervlak worden gereinigd en voorbehandeld om oppervlakte -verontreinigende stoffen en oxidelagen te verwijderen, waardoor de hechting en uniformiteit van de film wordt gewaarborgd. Gemeenschappelijke methoden omvatten ultrasone reiniging, chemische reiniging en plasma -reiniging.

Coatingproces

De sleutel tot het coatingproces is de optimalisatie van controleparameters, inclusief vacuümdiploma, temperatuur, gasdebiet en depositiesnelheid. Deze parameters hebben direct invloed op de kwaliteit en prestaties van de film.

Post -verwerkingsproces

De film na coating vereist vaak na de behandeling, zoals gloeien en passivering, om de fysische en chemische eigenschappen en stabiliteit van de film te verbeteren.

C. Procescontrole en optimalisatie

Controle van parameters zoals vacuüm graad, temperatuur, atmosfeer, enz

Door de vacuümdiploma, afzettingstemperatuur en gassamenstelling nauwkeurig te regelen, kan het groeiproces van dunne films worden geoptimaliseerd en kunnen de uniformiteit en de prestaties van de films worden verbeterd.

Controle van de coatingdikte en uniformiteit

Door online monitoringtechnologieën te gebruiken, zoals kwartskristal microbalance en optisch monitoringsysteem, kunnen realtime monitoring en controle van de coatingdikte en uniformiteit worden bereikt om de kwaliteit van de film te waarborgen.

Kwaliteitstesten en evaluatiemethoden

De detectie van filmkwaliteit omvat de evaluatie van fysische, chemische en mechanische eigenschappen, zoals filmdikte, oppervlaktemorfologie, samenstellingsanalyse, hechting, hardheid, enz. Gemeenschappelijke methoden omvatten scanning elektronenmicroscopie (SEM), atomaire krachtmicroscopie (AFM), X-röntgendiffractie (XRD) en spectroscopische analyse.

Toepassingsvoorbeelden van vacuümcoating

A. Elektronica- en halfgeleiderindustrie

Geïntegreerde circuitproductie

Vacuümcoatingtechnologie wordt gebruikt in geïntegreerde circuitproductie om metaalverbindingslagen, isolatielagen en beschermende lagen te deponeren. Het coatingproces met een hoge precisie zorgt voor circuitprestaties en betrouwbaarheid.

Coatingtechnologie voor displays en sensoren

Bij de productie van display wordt vacuümcoating gebruikt om transparante geleidende films en optische films te storten; In de productie van sensor wordt coatingtechnologie gebruikt om gevoelige componenten en beschermende lagen te bereiden, waardoor de gevoeligheid en duurzaamheid van sensoren wordt verbeterd.

B. Optica en opto -elektronica

Typen en toepassingen van optische dunne films

Optische dunne films omvatten anti -reflecterende films, anti -reflecterende films, filterfilms en reflecterende films. Door de dikte en optische eigenschappen van de films nauwkeurig te regelen, kunnen specifieke optische effecten worden bereikt, zoals het verminderen van reflectie, het verbeteren van de transmissie en selectieve filtering.

De toepassing van coating in lasers en optische apparaten

In lasers en optische apparaten wordt vacuümcoatingtechnologie gebruikt om krachtige spiegels, ramen en lenzen te produceren, waardoor de efficiëntie en stabiliteit van optische systemen wordt verbeterd.

C. Mechanische en beschermende toepassingen

Harde coating en slijtvaste coating

Harde coatings en slijtvaste coatings worden bereid door vacuümcoatingtechnologie en veel gebruikt in gereedschappen, vormen en mechanische onderdelen om hun slijtvastheid en levensduur te verbeteren.

Toepassing van anti-corrosie-coatings

Anti-corrosie-coatings deponeren een laag corrosieresistente materialen, zoals chroom en titanium, op het metalen oppervlak door vacuümcoatingtechnologie om de corrosieweerstand te verbeteren en de levensduur van de apparatuur te verlengen.

D. Toepassingen in opkomende velden

Vacuümcoating in nanotechnologie

In nanotechnologie wordt vacuümcoating gebruikt om nanoschaalstructuren en dunne films te bereiden, zoals nanodraden, nanodeeltjes en kwantumstippen, toegepast in velden zoals elektronica, opto -elektronica en katalyse.

Biomedische toepassingen

Vacuümcoatingtechnologie wordt gebruikt in biomedische toepassingen om functionele coatings te produceren op biocompatibele films, sensoren en oppervlakken voor medische apparaten, waardoor hun prestaties en veiligheid worden verbeterd.