Viene rivelato il principio del rivestimento del vuoto: Fondazione tecnica, flusso di processo e applicazione del settore

È un processo di depositazione di materiali su una superficie del substrato usando metodi fisici o chimici in un ambiente a bassa pressione per formare un film sottile. Attraverso questa tecnologia, è possibile ottenere una deposizione di film sottile ad alta purezza e ad alta precisione, dandogli proprietà ottiche, elettriche, meccaniche e di altro tipo. Pertanto, il rivestimento sottovuoto ha un importante valore dell'applicazione nel settore moderno. Ad esempio, nella produzione di semiconduttori, il rivestimento sottovuoto viene utilizzato per produrre vari strati funzionali su wafer; Nel campo dell'ottica, gli effetti anti -riflessione e anti -riflessione possono essere raggiunti attraverso il rivestimento; Nella produzione meccanica,rivestimento a vuotopuò migliorare la resistenza all'usura e la resistenza alla corrosione dei componenti.

Teoria di base del rivestimento sotto vuoto

A. Fondamenti della tecnologia del vuoto

1. Definizione e misurazione del vuoto

Il vuoto si riferisce a un ambiente a gas al di sotto di una pressione atmosferica (760 millimetri di mercurio, 101325 PA). Secondo i diversi gradi di vuoto, il vuoto può essere diviso in aspirapolvere basso, vuoto medio, aspirapolvere alto e aspirapolvere ultra-alto. La misurazione del grado di vuoto viene generalmente effettuata utilizzando indicatori di pressione, come calibri di pressione maclehose, indicatori pirani e calibri di catodo freddo.

2. Metodo di acquisizione del vuoto

Pompa meccanica: pompe meccaniche Scarico gas attraverso il movimento meccanico, comprese le pompe a pale rotanti e le pompe per diaframmi. Queste pompe sono adatte per ottenere vuoto basso e medio.

Pompa molecolare: una pompa molecolare utilizza un rotore rotante ad alta velocità per espellere meccanicamente il gas, adatto per ottenere vuoto alto e ultra-alto.

Turbopump: la pompa turbomolecolare combina i vantaggi della pompa meccanica e della pompa molecolare, ottenendo una pompaggio efficiente attraverso lame rotanti a più stadi ed è ampiamente utilizzata nei sistemi a vuoto elevati.

B. Fisica del film sottile

Classificazione e proprietà di base dei film sottili

Secondo il metodo e lo scopo di preparazione, i film sottili possono essere divisi in film in metallo, pellicole ceramiche, film polimerici, ecc. Le proprietà di base dei film sottili includono spessore, uniformità, adesione, durezza, proprietà ottiche (come trasmittanza e riflettività) e le proprietà elettriche (come la conducibilità e la costante dielettrica).

Il processo di base e il meccanismo della crescita del film sottile

Il processo di crescita dei film sottili di solito include stadi come nucleazione, crescita dell'isola, crescita contigua e stratificata. La nucleazione è lo stadio iniziale in cui atomi o molecole si radunano sulla superficie del substrato per formare piccole isole; Col passare del tempo, queste piccole isole si collegano gradualmente ai fogli, formando infine un film sottile continuo. Il meccanismo di crescita è influenzato da fattori come le proprietà del materiale, lo stato superficiale del substrato, la temperatura di deposizione e il tasso di deposizione.

C. Fondamenti di scienze dei materiali

Materiali di rivestimento comuni e le loro caratteristiche

I materiali di rivestimento comuni includono metalli (come alluminio, oro, platino), semiconduttori (come silicio e germanio), ceramiche (come ossido di alluminio e nitruro di silicio) e materiali organici (come polimeri). Materiali diversi hanno proprietà fisiche e chimiche diverse e quando si selezionano i materiali di rivestimento, è necessario considerare i loro requisiti di prestazione in applicazioni specifiche.

Principi e standard per la selezione dei materiali

I principi di selezione del materiale includono stabilità chimica, proprietà meccaniche, proprietà ottiche e proprietà elettriche. Gli standard di solito comportano la purezza, la dimensione delle particelle, il contenuto di impurità, ecc. Di materiali per garantire la qualità e le caratteristiche funzionali dei film sottili.

I principali metodi e principi del rivestimento sottovuoto

A. Deposizione di vapore fisico (PVD)

Panoramica e classificazione

La deposizione di vapore fisico (PVD) è una tecnica che utilizza processi fisici per depositare materiali sulla superficie del substrato. Le categorie principali includono rivestimento di evaporazione, rivestimento sputtering e placcatura ionica.

Principi e passaggi specifici del processo

Rivestimento evaporativo: il materiale evapora ad alta temperatura e deposita un film sottile sul substrato attraverso un sistema a vuoto. Le fonti di calore comuni includono il riscaldamento della resistenza e il riscaldamento del fascio di elettroni.

Rivestimento sputtering: bombardando con ioni a gas inerte, gli atomi di materiale target vengono sputati sul substrato per formare un film sottile. I metodi comuni includono sputtering DC e sputtering RF.

Placcatura ionica: sotto l'azione di una fonte ionica, i materiali ionizzati sono accelerati per depositare sul substrato, comunemente usato per preparare rivestimenti ad alta durezza.

Vantaggi, svantaggi e ambito di applicazione

I vantaggi della tecnologia PVD includono densità di film sottile, forte adesione e bassa temperatura di processo

, ma l'attrezzatura è complessa e il costo è elevato. Adatto alla preparazione di film sottili di metallo, lega e ceramici, ampiamente utilizzati nei campi di elettronica, ottica e decorazione.

B. Deposizione di vapore chimico (CVD)

Il concetto di base di CVD

La deposizione di vapore chimico (CVD) è una tecnica per depositare film sottili su una superficie del substrato attraverso reazioni chimiche. La reazione si decompone o subisce reazioni chimiche ad alte temperature, generando depositi solidi.

Vari metodi CVD

CVD a bassa pressione (LPCVD): reagisce in un ambiente a bassa pressione, con alta qualità del film e buona uniformità, adatto per l'industria dei semiconduttori.

Plasma migliorato CVD (PECVD): utilizzando il plasma per accelerare le reazioni chimiche e ridurre la temperatura di reazione, adatto a materiali sensibili alla temperatura.

Deposizione di vapore chimico organico in metallo (MOCVD): utilizzando composti organici metallici come precursori, è adatto per preparare film sottili complessi di composti, come materiali a semiconduttore III-V.

Caratteristiche del processo ed esempi di applicazioni

Le caratteristiche del processo CVD sono film densi, alta purezza e buona uniformità, ma ad alta temperatura e attrezzature complesse. Ampiamente utilizzato in dispositivi a semiconduttore, celle solari, rivestimenti ottici e altri campi.

C. Deposizione dello strato atomico (ALD)

Il meccanismo unico e le fasi di ALD

La deposizione di strati atomici (ALD) è una tecnica che controlla con precisione lo spessore dei film sottili fornendo alternativamente gas e gas di reazione precursori e depositando strati atomici strati per strato sulla superficie del substrato. Il suo unico meccanismo di reazione di auto -limitante consente un controllo preciso dello spessore del film alla nanoscala.

Confronto con PVD e CVD

Rispetto a PVD e CVD, i vantaggi di ALD risiedono nel controllo preciso dello spessore del film, dell'elevata uniformità e della forte capacità di coprire strutture complesse. Tuttavia, la velocità di deposizione è più lenta, rendendola adatta per applicazioni che richiedono precisione e uniformità estremamente elevate.

prospettiva di applicazione

La tecnologia ALD ha ampie prospettive di applicazione in campi come microelettronica, nanotecnologia e biomedicina, come la preparazione di film dielettrici K, nanofili e biosensori alti.

Attrezzatura per rivestimento sotto vuoto e flusso di processo

A. Attrezzatura tipica di rivestimento sotto vuoto

La struttura di base della macchina per rivestimento

Le attrezzature tipiche di rivestimento comprendono camere a vuoto, sistemi di estrazione, sistemi di riscaldamento, sistemi di controllo e fonti di rivestimento. La camera del vuoto fornisce un ambiente a bassa pressione, il sistema di pompaggio viene utilizzato per ottenere e mantenere il vuoto, la fonte di rivestimento fornisce materiali e il sistema di controllo monitora e regola i parametri di processo.

Tipi di dispositivi comuni

Macchina di rivestimento evaporativo: il materiale viene evaporato e depositato sul substrato attraverso il riscaldamento di resistenza o il riscaldamento del fascio di elettroni.

Macchina di rivestimento sputtering: gli atomi di materiale target vengono sputati sul substrato attraverso lo sputtering del magnetron o lo sputtering a radiofrequenza.

Attrezzatura per placcatura ionica: utilizzando una fonte ionica per generare travi ioni ad alta energia per depositare film sottili, comunemente usati nella preparazione di rivestimenti duri.

B. Flusso di processo

Processo di prelaborazione

Prima del rivestimento, la superficie del substrato deve essere pulita e pretrattata per rimuovere gli inquinanti superficiali e gli strati di ossido, garantendo l'adesione e l'uniformità del film. I metodi comuni includono pulizia ad ultrasuoni, pulizia chimica e pulizia del plasma.

Processo di rivestimento

La chiave del processo di rivestimento è l'ottimizzazione dei parametri di controllo, tra cui grado di vuoto, temperatura, portata del gas e velocità di deposizione. Questi parametri influenzano direttamente la qualità e le prestazioni del film.

Processo post elaborazione

Il film dopo il rivestimento richiede spesso post-trattamento, come ricottura e passivazione, per migliorare le proprietà fisiche e chimiche e la stabilità del film.

C. Controllo e ottimizzazione del processo

Controllo di parametri come grado di vuoto, temperatura, atmosfera, ecc.

Controllando con precisione il grado di vuoto, la temperatura della deposizione e la composizione del gas, il processo di crescita dei film sottili può essere ottimizzato e l'uniformità e le prestazioni dei film possono essere migliorate.

Controllo dello spessore del rivestimento e dell'uniformità

Utilizzando tecnologie di monitoraggio online come il microbalance di cristallo di quarzo e il sistema di monitoraggio ottico, è possibile ottenere il monitoraggio in tempo reale e il controllo dello spessore e dell'uniformità del rivestimento per garantire la qualità del film.

Metodi di test e valutazione della qualità

Il rilevamento della qualità del film include la valutazione di proprietà fisiche, chimiche e meccaniche, come spessore del film, morfologia superficiale, analisi della composizione, adesione, durezza, ecc. I metodi comuni includono la microscopia elettronica a scansione (SEM), la microscopia di forza atomica (AFM), la diffrazione dei raggi X (XRD) e l'analisi spettroscopica.

Esempi di applicazione di rivestimento sottovuoto

A. Industria elettronica e semiconduttore

Produzione di circuiti integrati

La tecnologia di rivestimento a vuoto viene utilizzata nella produzione di circuiti integrati per depositare strati di interconnessione in metallo, strati di isolamento e strati protettivi. Il processo di rivestimento ad alta precisione garantisce prestazioni e affidabilità dei circuiti.

Tecnologia di rivestimento per display e sensori

Nella produzione di display, il rivestimento sottovuoto viene utilizzato per depositare film conduttivi trasparenti e film ottici; Nella produzione di sensori, la tecnologia di rivestimento viene utilizzata per preparare componenti sensibili e strati protettivi, migliorando la sensibilità e la durata dei sensori.

B. Ottica e optoelettronica

Tipi e applicazioni di film sottili ottici

I film sottili ottici includono pellicole anti -riflettenti, film anti -riflettenti, film di filtro e film riflettenti. Controllando con precisione lo spessore e le proprietà ottiche dei film, è possibile ottenere effetti ottici specifici, come la riduzione della riflessione, il miglioramento della trasmittanza e il filtro selettivo.

L'applicazione del rivestimento in laser e dispositivi ottici

In laser e dispositivi ottici, la tecnologia di rivestimento sotto vuoto viene utilizzata per produrre specchi, finestre e obiettivi ad alte prestazioni, migliorando l'efficienza e la stabilità dei sistemi ottici.

C. Applicazioni meccaniche e protettive

Rivestimento duro e rivestimento resistente all'usura

I rivestimenti duri e i rivestimenti resistenti all'usura vengono preparati attraverso la tecnologia di rivestimento sotto vuoto e ampiamente utilizzati in strumenti, stampi e parti meccaniche per migliorare la loro resistenza all'usura e la vita di servizio.

Applicazione di rivestimenti anticorrosivi

I rivestimenti anti corrosione depositano uno strato di materiali resistenti alla corrosione, come il cromo e il titanio, sulla superficie metallica attraverso la tecnologia di rivestimento a vuoto per migliorare la sua resistenza alla corrosione ed estendere la durata dell'attrezzatura.

D. Applicazioni nei campi emergenti

Rivestimento a vuoto in nanotecnologia

In nanotecnologia, il rivestimento sottovuoto viene utilizzato per preparare strutture su nanoscala e film sottili, come nanofili, nanoparticelle e punti quantici, applicati in campi come elettronica, optoelettronica e catalisi.

Applicazioni biomediche

La tecnologia di rivestimento a vuoto viene utilizzata nelle applicazioni biomediche per produrre rivestimenti funzionali su pellicole, sensori e superfici dei dispositivi medici, migliorando le loro prestazioni e sicurezza.