Principiul acoperirii în vid este dezvăluit: Fundația tehnică, fluxul de procese și aplicarea industriei

Este un proces de depunere a materialelor pe o suprafață de substrat folosind metode fizice sau chimice într-un mediu de joasă presiune pentru a forma o peliculă subțire. Prin această tehnologie, se poate obține depunerea de film subțire de înaltă pauză și de înaltă precizie, oferindu-i proprietăți optice, electrice, mecanice și de altă natură specifice. Prin urmare, acoperirea cu vid are o valoare importantă a aplicării în industria modernă. De exemplu, la fabricarea semiconductorilor, acoperirea cu vid este utilizată pentru a produce diverse straturi funcționale pe napolitane; În domeniul opticii, efectele anti -reflecție și anti -reflecție pot fi obținute prin acoperire; În fabricarea mecanică,Acoperire în vidpoate îmbunătăți rezistența la uzură și rezistența la coroziune a componentelor.

Teoria de bază a acoperirii în vid

A. Fundamentele tehnologiei de vid

1. Definiția și măsurarea vidului

Vidul se referă la un mediu de gaz sub o presiune atmosferică (760 milimetri de mercur, 101325 Pa). Conform diferitelor grade de vid, vidul poate fi împărțit în vid scăzut, vid mediu, vid ridicat și vid ultra-înalt. Măsurarea gradului de vid este de obicei efectuată folosind calibre de presiune, cum ar fi manometrele de presiune Maclehose, calibrele pirani și calibrele de catod rece.

2. Metoda de achiziție a vidului

Pompa mecanică: pompe mecanice descărcați gaz prin mișcare mecanică, incluzând în mod obișnuit pompe cu palete rotative și pompe de diafragmă. Aceste pompe sunt potrivite pentru obținerea vidului scăzut și mediu.

Pompa moleculară: o pompă moleculară utilizează un rotor rotativ de mare viteză pentru a expulza mecanic gazul, potrivit pentru obținerea vidului ridicat și ultra-înalt.

Turbopump: pompa turboleculară combină avantajele pompei mecanice și ale pompei moleculare, obținând o pompare eficientă prin lame rotative cu mai multe etape și este utilizată pe scară largă în sisteme cu viduri mari.

B. Fizica filmului subțire

Clasificarea și proprietățile de bază ale filmelor subțiri

Conform metodei și scopului de preparare, filmele subțiri pot fi împărțite în pelicule metalice, filme ceramice, filme polimerice, etc. Proprietățile de bază ale filmelor subțiri includ grosimea, uniformitatea, adeziunea, duritatea, proprietățile optice (cum ar fi transmitența și reflectivitatea) și proprietățile electrice (cum ar fi conductivitatea și constanta dielectrică).

Procesul de bază și mecanismul creșterii filmelor subțiri

Procesul de creștere al filmelor subțiri include de obicei etape precum nuclearea, creșterea insulei, creșterea contiguă și stratificată. Nuclearea este etapa inițială în care atomii sau moleculele se adună pe suprafața substratului pentru a forma insule mici; Pe măsură ce trece timpul, aceste mici insule se conectează treptat în foi, formând în cele din urmă un film subțire continuu. Mecanismul de creștere este influențat de factori precum proprietățile materiale, starea suprafeței substratului, temperatura depunerii și rata de depunere.

C. Fundamentele științei materialelor

Materiale comune de acoperire și caracteristicile acestora

Materialele de acoperire obișnuite includ metale (cum ar fi aluminiu, aur, platină), semiconductori (cum ar fi siliciu și germaniu), ceramică (cum ar fi oxidul de aluminiu și nitrura de siliciu) și materiale organice (cum ar fi polimeri). Materiale diferite au proprietăți fizice și chimice diferite, iar atunci când selectați materiale de acoperire, trebuie luate în considerare cerințele lor de performanță în aplicații specifice.

Principii și standarde pentru selecția materialelor

Principiile de selecție a materialului includ stabilitate chimică, proprietăți mecanice, proprietăți optice și proprietăți electrice. Standardele implică de obicei puritatea, dimensiunea particulelor, conținutul de impuritate, etc. ale materialelor pentru a asigura calitatea și caracteristicile funcționale ale filmelor subțiri.

Principalele metode și principii ale acoperirii în vid

A. Depunerea de vapori fizici (PVD)

Prezentare generală și clasificare

Depunerea de vapori fizici (PVD) este o tehnică care utilizează procese fizice pentru a depune materiale pe suprafața substratului. Principalele categorii includ acoperirea de evaporare, acoperirea sputtering și placarea cu ioni.

Principiile și pașii de proces specifici

Acoperire evaporativă: Materialul se evaporă la temperaturi ridicate și depune o peliculă subțire pe substrat printr -un sistem de vid. Sursele comune de căldură includ încălzirea rezistenței și încălzirea fasciculului de electroni.

Acoperirea sputtering: prin bombardarea cu ioni de gaz inert, atomii de material țintă sunt sputteriți pe substrat pentru a forma o peliculă subțire. Metodele comune includ sputtering DC și sputtering RF.

Placare cu ioni: sub acțiunea unei surse ionice, materialele ionizate sunt accelerate pentru a se depune pe substrat, utilizate în mod obișnuit pentru a pregăti acoperiri de înaltă duritate.

Avantaje, dezavantaje și sfera de aplicare

Avantajele tehnologiei PVD includ densitatea de film subțire, aderența puternică și temperatura scăzută a procesului

, dar echipamentul este complex, iar costul este mare. Potrivit pentru prepararea filmelor subțiri de metal, aliaj și ceramică, utilizate pe scară largă în domeniile electronicelor, opticii și decorației.

B. Depunerea de vapori chimici (CVD)

Conceptul de bază al CVD -ului

Depunerea de vapori chimici (CVD) este o tehnică de depunere a filmelor subțiri pe o suprafață a substratului prin reacții chimice. Gazul de reacție se descompune sau suferă reacții chimice la temperaturi ridicate, generând depozite solide.

Diverse metode CVD

CVD de joasă presiune (LPCVD): reacționează într -un mediu de joasă presiune, cu o calitate ridicată a filmului și o uniformitate bună, potrivită pentru industria semiconductorilor.

CVD îmbunătățit în plasmă (PECVD): utilizarea plasmei pentru a accelera reacțiile chimice și pentru a reduce temperatura de reacție, potrivită pentru materialele sensibile la temperatură.

Depunerea de vapori chimici organici metalici (MOCVD): Folosind compuși organici metalici ca precursori, este potrivit pentru pregătirea filmelor subțiri compuse complexe, cum ar fi materiale semiconductoare III-V.

Caracteristicile procesului și exemple de aplicație

Caracteristicile procesului de CVD sunt pelicule dense, puritate ridicată și uniformitate bună, dar echipamente de temperatură ridicată și complexă. Utilizat pe scară largă în dispozitivele semiconductoare, celulele solare, acoperirile optice și alte câmpuri.

C. Depunerea stratului atomic (ALD)

Mecanismul unic și pașii ALD

Depunerea stratului atomic (ALD) este o tehnică care controlează cu precizie grosimea filmelor subțiri prin furnizarea alternativă a gazului precursor și a gazelor de reacție și depunerea straturilor atomice straturi prin strat pe suprafața substratului. Mecanismul său unic de reacție de auto -limitare permite un control precis al grosimii filmului la nano -scală.

Comparație cu PVD și CVD

În comparație cu PVD și CVD, avantajele ALD se află într -un control precis al grosimii filmului, uniformității ridicate și capacității puternice de a acoperi structuri complexe. Cu toate acestea, viteza de depunere este mai lentă, ceea ce o face potrivită pentru aplicații care necesită o precizie și o uniformitate extrem de ridicată.

perspectiva cererii

ALD Technology are perspective largi de aplicare în domenii precum microelectronică, nanotehnologie și biomedicină, cum ar fi prepararea filmelor dielectrice K ridicate, nanofirelor și biosenzorilor.

Echipamente de acoperire în vid și flux de proces

A. Echipament tipic de acoperire în vid

Structura de bază a mașinii de acoperire

Echipamentele tipice de acoperire includ camere de vid, sisteme de extracție, sisteme de încălzire, sisteme de control și surse de acoperire. Camera de vid oferă un mediu de joasă presiune, sistemul de pompare este utilizat pentru a obține și menține vidul, sursa de acoperire oferă materiale, iar sistemul de control monitorizează și ajustează parametrii procesului.

Tipuri de dispozitive comune

Mașină de acoperire evaporativă: Materialul este evaporat și depus pe substrat prin încălzirea rezistenței sau încălzirea cu fascicul de electroni.

Mașină de acoperire cu sputtering: Atomii materialului țintă sunt sputter pe substrat prin sputtering de magnetron sau sputtering de frecvență radio.

Echipament de placare cu ioni: utilizarea unei surse ionice pentru a genera fascicule ionice cu energie mare pentru a depune filme subțiri, utilizate frecvent la prepararea acoperirilor dure.

B. Fluxul de proces

Proces de prelucrare înainte

Înainte de acoperire, suprafața substratului trebuie curățată și pretratată pentru a îndepărta poluanții de suprafață și straturile de oxid, asigurând aderența și uniformitatea filmului. Metodele comune includ curățarea cu ultrasunete, curățarea chimică și curățarea cu plasmă.

Proces de acoperire

Cheia procesului de acoperire este optimizarea parametrilor de control, inclusiv gradul de vid, temperatura, debitul de gaz și rata de depunere. Acești parametri afectează în mod direct calitatea și performanța filmului.

Procesul post -procesare

Filmul după acoperire necesită adesea post-tratament, cum ar fi recoacerea și pasivarea, pentru a îmbunătăți proprietățile fizice și chimice și stabilitatea filmului.

C. Controlul și optimizarea procesului

Controlul parametrilor, cum ar fi gradul de vid, temperatura, atmosfera, etc.

Prin controlul precis al gradului de vid, la temperatura de depunere și la compoziția gazelor, procesul de creștere a filmelor subțiri poate fi optimizat, iar uniformitatea și performanța filmelor pot fi îmbunătățite.

Controlul grosimii și uniformității acoperirii

Prin utilizarea tehnologiilor de monitorizare online, cum ar fi microbalanța de cristal de cuarț și sistemul de monitorizare optică, se pot obține monitorizarea în timp real și controlul grosimii și uniformității acoperirii pentru a asigura calitatea filmului.

Metode de testare și evaluare a calității

Detectarea calității filmului include evaluarea proprietăților fizice, chimice și mecanice, cum ar fi grosimea filmului, morfologia suprafeței, analiza compoziției, aderența, duritatea, etc. Metodele comune includ microscopie electronică de scanare (SEM), microscopie de forță atomică (AFM), difracție cu raze X (XRD) și analiză spectroscopică.

Exemple de cerere de acoperire în vid

A. Industria electronică și a semiconductorilor

Fabricarea de circuite integrate

Tehnologia de acoperire în vid este utilizată în fabricarea de circuite integrate pentru a depune straturi de interconectare metalice, straturi de izolare și straturi de protecție. Procesul de acoperire de înaltă precizie asigură performanța și fiabilitatea circuitului.

Tehnologie de acoperire pentru afișaje și senzori

În fabricarea afișajului, acoperirea cu vid este utilizată pentru a depune filme conductoare transparente și filme optice; În fabricarea senzorilor, tehnologia de acoperire este utilizată pentru a pregăti componente sensibile și straturi de protecție, îmbunătățind sensibilitatea și durabilitatea senzorilor.

B. Optică și optoelectronică

Tipuri și aplicații ale filmelor subțiri optice

Filmele subțiri optice includ filme anti -reflectorizante, filme anti -reflectorizante, filme de filtrare și filme reflectorizante. Prin controlul precis al grosimii și proprietăților optice ale filmelor, se pot obține efecte optice specifice, cum ar fi reducerea reflecției, îmbunătățirea transmisiunii și filtrarea selectivă.

Aplicarea acoperirii în lasere și dispozitive optice

În lasere și dispozitive optice, tehnologia de acoperire cu vid este utilizată pentru fabricarea oglinzilor, ferestrelor și lentilelor de înaltă performanță, îmbunătățind eficiența și stabilitatea sistemelor optice.

C. Aplicații mecanice și de protecție

Acoperire dură și acoperire rezistentă la uzură

Acoperirile dure și acoperirile rezistente la uzură sunt preparate prin tehnologie de acoperire în vid și utilizate pe scară largă în unelte, matrițe și piese mecanice pentru a-și îmbunătăți rezistența la uzură și durata de viață.

Aplicarea acoperirilor anti-coroziune

Acoperirile anti-coroziune depun un strat de materiale rezistente la coroziune, cum ar fi cromul și titanul, pe suprafața metalică prin tehnologia de acoperire în vid pentru a-și îmbunătăți rezistența la coroziune și pentru a prelungi durata de viață a echipamentului.

D. Aplicații în câmpuri emergente

Acoperire în vid în nanotehnologie

În nanotehnologie, acoperirea cu vid este utilizată pentru a pregăti structuri la nano -scală și filme subțiri, cum ar fi nanofire, nanoparticule și puncte cuantice, aplicate în domenii precum electronice, optoelectronice și cataliză.

Aplicații biomedicale

Tehnologia de acoperire în vid este utilizată în aplicații biomedicale pentru fabricarea acoperirilor funcționale pe filme biocompatibile, senzori și suprafețe ale dispozitivului medical, îmbunătățindu -le performanța și siguranța.