Pölynpinnoitteen periaate paljastetaan: tekninen perusta, prosessivirta ja teollisuuden sovellus

Se on prosessi, jolla materiaalit kerrostetaan substraatin pinnalle käyttämällä fysikaalisia tai kemiallisia menetelmiä matalapaineisessa ympäristössä ohuen kalvon muodostamiseksi. Tämän tekniikan avulla voidaan saavuttaa erittäin puhdas ja tarkan ohuen kalvon laskeuma, mikä antaa sille erityiset optiset, sähköiset, mekaaniset ja muut ominaisuudet. Siksi tyhjiöpinnoitteella on tärkeä soveltamisarvo nykyaikaisella teollisuudella. Esimerkiksi puolijohteiden valmistuksessa tyhjöpäällystettä käytetään erilaisten funktionaalisten kerrosten tuottamiseen kiekkoissa; Optiikan alalla voidaan saavuttaa pinnoitteen anti -heijastus- ja anti -heijastusvaikutukset; Mekaanisessa valmistuksessa,tyhjiöpäällystevoi parantaa komponenttien kulutuskestävyyttä ja korroosionkestävyyttä.

Tyhjiöpinnoitteen perusteoria

A. tyhjiötekniikan perusteet

1. Tyhjiön määritelmä ja mittaus

Tyhjiö viittaa kaasuympäristöön yhden ilmakehän paineen alapuolella (760 millimetriä elohopeaa, 101325 PA). Erilaisten tyhjiöasteiden mukaan tyhjiö voidaan jakaa matalaan tyhjiöön, keskikokoiseen tyhjiöön, korkeaan tyhjiöön ja erittäin korkeaan tyhjiöön. Tyhjiöasteen mittaus suoritetaan yleensä käyttämällä painimittareita, kuten Maclehose -painemittarit, pirani -mittarit ja kylmäkatodimittarit.

2. tyhjiön hankintamenetelmä

Mekaaninen pumppu: Mekaaniset pumput purkaa kaasua mekaanisen liikkeen kautta, mukaan lukien pyörivät siipipumput ja kalvopumput. Nämä pumput ovat sopivia matalan ja keskikokoisen tyhjiön saamiseen.

Molekyylipumppu: Molekyylipumppu käyttää nopeaa pyörivää roottoria kaasun mekaaniseen karkottamiseen, joka soveltuu korkean ja erittäin korkean tyhjiön saamiseen.

Turbopump: Turbomolekyylipumppu yhdistää mekaanisen pumpun ja molekyylipumpun edut, saavuttaen tehokkaan pumppauksen monivaiheisten pyörivien terien läpi, ja sitä käytetään laajasti korkeissa tyhjiöjärjestelmissä.

B. Ohut kalvofysiikka

Ohuiden kalvojen luokittelu ja perusominaisuudet

Valmistusmenetelmän ja tarkoituksen mukaan ohutkalvot voidaan jakaa metallikalvoihin, keraamisiin kalvoihin, polymeerikalvoihin jne. Ohuen kalvojen perusominaisuuksiin kuuluvat paksuus, tasaisuus, tarttuvuus, kovuus, optiset ominaisuudet (kuten läpäisy ja heijastavuus) ja sähköiset ominaisuudet (kuten johtavuus ja dielektrinen vakio).

Ohuen kalvon kasvun perusprosessi ja mekanismi

Ohujen kalvojen kasvuprosessi sisältää yleensä vaiheet, kuten ytimeen, saaren kasvu, vierekkäinen ja kerrostettu kasvu. Ytiminen on alkuvaihe, jossa atomit tai molekyylit kokoontuvat substraatin pinnalle pienten saarten muodostamiseksi; Ajan myötä nämä pienet saaret yhdistyvät vähitellen arkkeihin muodostaen lopulta jatkuvan ohuen kalvon. Kasvumekanismiin vaikuttavat tekijät, kuten materiaalien ominaisuudet, substraatin pintatila, laskeutumislämpötila ja laskeutumisnopeus.

C. materiaalitieteen perusteet

Yleiset pinnoitusmateriaalit ja niiden ominaisuudet

Yleisiä pinnoitusmateriaaleja ovat metallit (kuten alumiini, kulta, platina), puolijohteet (kuten pii ja germanium), keramiikka (kuten alumiinioksidi ja piinitridi) ja orgaaniset materiaalit (kuten polymeerit). Eri materiaaleilla on erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, ja kun valitset pinnoitusmateriaaleja, niiden suorituskykyvaatimukset tietyissä sovelluksissa on otettava huomioon.

Periaatteet ja standardit aineelliselle valinnalle

Materiaalin valinnan periaatteet sisältävät kemiallisen stabiilisuuden, mekaaniset ominaisuudet, optiset ominaisuudet ja sähköiset ominaisuudet. Standardit sisältävät yleensä materiaalien puhtauden, hiukkasen koon, epäpuhtauspitoisuuden jne., Jotta varmistetaan ohutkalvojen laatu- ja toiminnalliset ominaisuudet.

Tärkeimmät menetelmät ja tyhjiöpinnoitteen periaatteet

A. Fyysinen höyryn laskeuma (PVD)

Yleiskatsaus ja luokittelu

Fyysinen höyryn laskeuma (PVD) on tekniikka, jossa käytetään fyysisiä prosesseja materiaalien keräämiseen substraatin pinnalle. Pääluokkiin kuuluvat haihtumispinnoite, ruiskutuspinnoite ja ionipinnoitus.

Erityiset prosessiperiaatteet ja vaiheet

Haihduttava pinnoite: Materiaali haihtuu korkeassa lämpötilassa ja kerrostuu ohutkalvoon substraattiin tyhjiöjärjestelmän kautta. Yleisiä lämmönlähteitä ovat vastuslämmitys ja elektronisäteen lämmitys.

Sputtering pinnoite: Pommittamalla inerttien kaasu -ioneilla kohdemateriaaliatomit ruiskutetaan substraattiin ohuen kalvon muodostamiseksi. Yleisiä menetelmiä ovat DC -sputterointi ja RF -sputterointi.

Ionien pinnoitus: Ionilähteen vaikutuksen mukaan ionisoituja materiaaleja kiihtyy substraattiin, jota käytetään yleisesti korkean kovuuspinnoitteen valmistukseen.

Edut, haitat ja soveltamisalueet

PVD -tekniikan etuja ovat ohutkalvotiheys, voimakas tarttuvuus ja matala prosessin lämpötila

, mutta laitteet ovat monimutkaisia ​​ja kustannukset ovat korkeat. Sopii metalli-, seoksen ja keraamisten ohutkalvojen valmistukseen, jota käytetään laajasti elektroniikan, optiikan ja koristelun aloilla.

B. Kemiallinen höyryn laskeuma (CVD)

CVD: n peruskäsite

Kemiallinen höyryn laskeuma (CVD) on tekniikka, jolla on tiuut kalvot substraatin pinnalle kemiallisten reaktioiden kautta. Reaktiokaasu hajoaa tai käy läpi kemialliset reaktiot korkeissa lämpötiloissa tuottaen kiinteitä kerrostumia.

Erilaisia ​​CVD -menetelmiä

Matalapaineinen CVD (LPCVD): Reagoi matalapaineympäristössä, jossa on korkea kalvon laatu ja hyvä tasaisuus, joka sopii puolijohdeteollisuudelle.

Plasma parantunut CVD (PECVD): Plasman hyödyntäminen kemiallisten reaktioiden kiihdyttämiseksi ja reaktion lämpötilan vähentämiseksi, sopivan lämpötilaherkoille materiaaleille.

Metalli orgaaninen kemiallinen höyryn laskeutuminen (MOCVD): Käyttämällä metalli orgaanisia yhdisteitä prekursoreina, se sopii monimutkaisten yhdisteiden ohutkalvojen, kuten III-V-puolijohdemateriaalien, valmistukseen.

Prosessin ominaisuudet ja sovellusesimerkit

CVD -prosessin ominaisuudet ovat tiheä kalvo, korkea puhtaus ja hyvä tasaisuus, mutta korkea lämpötila ja monimutkaiset laitteet. Laajasti puolijohdelaitteissa, aurinkokennoissa, optisissa pinnoitteissa ja muissa kentissä.

C. atomikerroksen laskeuma (ALD)

ALD: n ainutlaatuinen mekanismi ja vaiheet

Atomikerroksen laskeuma (ALD) on tekniikka, joka säätelee tarkasti ohutkalvojen paksuutta toimittamalla vuorotellen esiasteen kaasua ja reaktiokaasua ja tallettamalla atomikerroskerroksen kerroksen mukaan substraatin pinnalle. Sen ainutlaatuinen itse rajoittava reaktiomekanismi mahdollistaa kalvon paksuuden tarkan hallinnan nanomittakaavalle.

Vertailu PVD: hen ja CVD: hen

Verrattuna PVD: hen ja CVD: hen, ALD: n edut ovat tarkan hallinnassa kalvon paksuuden, korkean yhdenmukaisuuden ja voimakkaan kyvyn peittämiseen monimutkaisten rakenteiden kattamiseen. Laskeutumisnopeus on kuitenkin hitaampi, joten se sopii sovelluksiin, jotka vaativat erittäin suurta tarkkuutta ja tasaisuutta.

hakemusmahdollisuus

ALD -tekniikalla on laajat sovellusnäkymät aloilla, kuten mikroelektroniikassa, nanoteknologiassa ja biolääketieteessä, kuten korkean K -dielektristen kalvojen, nanojohtojen ja biosensorien valmistelussa.

Tyhjiöpinnoituslaitteet ja prosessivirta

A. Tyypillinen tyhjiöpinnoituslaite

Pinnoitteen perusrakenne

Tyypilliset pinnoituslaitteet sisältävät tyhjiökammiot, uuttojärjestelmät, lämmitysjärjestelmät, ohjausjärjestelmät ja pinnoituslähteet. Syytinkammio tarjoaa matalapaineisen ympäristön, pumppausjärjestelmää käytetään tyhjiön hankkimiseen ja ylläpitämiseen, pinnoitteen lähde tarjoaa materiaaleja ja ohjausjärjestelmä tarkkailee ja säätää prosessiparametreja.

Yhteiset laitetyypit

Höyrystävä pinnoituskone: Materiaali haihdutetaan ja kerrostetaan substraattiin vastuslämmityksen tai elektronisäteen lämmityksen avulla.

Sputteroiva päällystyskone: Kohdemateriaalit roiskutetaan substraattiin magnetronisputteroinnin tai radiotaajuuden ruiskuttamisen kautta.

Ionipinnoituslaitteet: Ionilähteen hyödyntäminen korkean energian ionisäteiden tuottamiseksi ohutkalvojen keräämiseksi, joita käytetään yleisesti kovien pinnoitteiden valmistuksessa.

B. Prosessivirta

Esikäsittelyprosessi

Ennen päällystämistä substraatin pinta on puhdistettava ja esikäsitettävä pinnan epäpuhtauksien ja oksidikerrosten poistamiseksi varmistaen kalvon tarttumisen ja yhdenmukaisuuden. Yleisiä menetelmiä ovat ultraäänipuhdistus, kemiallinen puhdistus ja plasmanpuhdistus.

Pinnoitusprosessi

Pinnoitusprosessin avain on ohjausparametrien optimointi, mukaan lukien tyhjiöaste, lämpötila, kaasun virtausnopeus ja laskeutumisnopeus. Nämä parametrit vaikuttavat suoraan elokuvan laatuun ja suorituskykyyn.

Jälkikäsittelyprosessi

Pinnoitteen jälkeinen kalvo vaatii usein hoidon jälkeistä, kuten hehkutusta ja passivointia, kalvon fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien ja stabiilisuuden parantamiseksi.

C. Prosessin hallinta ja optimointi

Parametrien, kuten tyhjiöasteen, lämpötilan, ilmakehän jne.

Kontrolloimalla tarkasti tyhjiöastetta, laskeutumislämpötilaa ja kaasukoostumusta, ohutkalvojen kasvuprosessi voidaan optimoida, ja kalvojen tasaisuutta ja suorituskykyä voidaan parantaa.

Pinnoitteen paksuuden ja yhdenmukaisuuden hallinta

Käyttämällä online-valvontatekniikoita, kuten kvartsikidekielen ja optisen seurantajärjestelmän, pinnoitteen paksuuden ja tasaisuuden reaaliaikainen seuranta ja hallinta voidaan saavuttaa kalvon laadun varmistamiseksi.

Laadun testaus- ja arviointimenetelmät

Kalvon laadun havaitseminen sisältää fysikaalisten, kemiallisten ja mekaanisten ominaisuuksien, kuten kalvon paksuuden, pintamorfologian, koostumuksen analyysin, tarttumisen, kovuuden jne. Arvioinnin. Yleiset menetelmät sisältävät skannauselektronimikroskopian (SEM), atomivoimamikroskopian (AFM), röntgendiffraation (XRD) ja spektroskooppisen analyysin.

Sovellusesimerkkejä tyhjiöpinnoitteesta

A. Elektroniikka- ja puolijohdeteollisuus

Integroitu piirin valmistus

Tyhjiöpinnoitustekniikkaa käytetään integroidussa piirinvalmistuksessa metallin yhdyskerroksen, eristyskerroksen ja suojakerroksen keräämiseen. Korkean pinnoitusprosessi varmistaa piirin suorituskyvyn ja luotettavuuden.

Näytöille ja anturille pinnoitustekniikka

Näytön valmistuksessa tyhjiöpäällystettä käytetään läpinäkyvien johtavien kalvojen ja optisten kalvojen keräämiseen; Anturien valmistuksessa pinnoitustekniikkaa käytetään herkkien komponenttien ja suojakerrosten valmistukseen, mikä parantaa anturien herkkyyttä ja kestävyyttä.

B. Optiikka ja optoelektroniikka

Optisten ohutkalvojen tyypit ja sovellukset

Optisia ohutkalvoja ovat anti -heijastavat elokuvat, anti -heijastavat elokuvat, suodatinelokuvat ja heijastavat elokuvat. Kalvojen paksuus ja optiset ominaisuudet voidaan saavuttaa tarkkaan, voidaan saavuttaa erityiset optiset vaikutukset, kuten heijastumisen vähentäminen, läpäisevyyden parantaminen ja selektiivinen suodatus.

Pinnoitteen käyttö laserissa ja optisissa laitteissa

Lasereissa ja optisissa laitteissa tyhjiöpäällystekniikkaa käytetään korkean suorituskyvyn peilien, ikkunoiden ja linssien valmistukseen, optisten järjestelmien tehokkuuden ja vakauden parantamiseen.

C. Mekaaniset ja suojaavat sovellukset

Kova pinnoite ja kulumiskestävä pinnoite

Kovat pinnoitteet ja kulutuskestävät pinnoitteet valmistetaan tyhjöpäällystetekniikan avulla ja niitä käytetään laajasti työkaluissa, muotissa ja mekaanisissa osissa niiden kulumiskestävyyden ja käyttöikäisyyden parantamiseksi.

Korroosion vastaisten päällysteiden levitys

Anti-korroosion päällysteet tallettavat kerroksen korroosionkestäviä materiaaleja, kuten kromia ja titaania, metallin pinnalla tyhjiöpäällystetekniikan avulla parantaakseen sen korroosionkestävyyttä ja pidentämään laitteiden käyttöä.

D. Sovellukset nousevilla aloilla

Nanoteknologian tyhjiöpinnoite

Nanoteknologiassa tyhjiöpäällystettä käytetään nanomittakaavan rakenteiden ja ohutkalvojen, kuten nanojohtojen, nanohiukkasten ja kvanttipisteiden, valmistukseen, jota käytetään aloilla, kuten elektroniikka, optoelektroniikka ja katalyysi.

Lääketieteelliset sovellukset

Imuhkopinnoitustekniikkaa käytetään biolääketieteellisissä sovelluksissa funktionaalisten pinnoitteiden valmistamiseksi bioyhteensopivilla kalvoilla, antureilla ja lääkinnällisillä laitteiden pinnoilla, mikä parantaa niiden suorituskykyä ja turvallisuutta.