O princípio do revestimento a vácuo é revelado: Fundação Técnica, Fluxo de Processo e Aplicação da Indústria

É um processo de depósito de materiais em uma superfície do substrato usando métodos físicos ou químicos em um ambiente de baixa pressão para formar um filme fino. Através dessa tecnologia, podem ser alcançadas a deposição de filmes finos de alta pureza e alta precisão, oferecendo propriedades ópticas, elétricas, mecânicas e outras específicas. Portanto, o revestimento a vácuo tem um importante valor de aplicação na indústria moderna. Por exemplo, na fabricação de semicondutores, o revestimento a vácuo é usado para produzir várias camadas funcionais nas bolachas; No campo da óptica, os efeitos anti -reflexão e anti -reflexão podem ser alcançados através do revestimento; Na fabricação mecânica,revestimento de vácuopode melhorar a resistência ao desgaste e a resistência à corrosão dos componentes.

Teoria básica do revestimento a vácuo

A. Fundamentos da tecnologia a vácuo

1. Definição e medição do vácuo

O vácuo refere -se a um ambiente a gás abaixo de uma pressão atmosférica (760 milímetros de mercúrio, 101325 PA). De acordo com os diferentes graus de vácuo, o vácuo pode ser dividido em baixo vácuo, vácuo médio, alto vácuo e vácuo ultra-alto. A medição do grau de vácuo é geralmente realizada usando medidores de pressão, como medidores de pressão de maclehose, medidores pirani e medidores de cátodo frio.

2. Método de aquisição de vácuo

Bomba mecânica: bombas mecânicas de descarga gás através do movimento mecânico, incluindo bombas de palhetas rotativas e bombas de diafragma. Essas bombas são adequadas para obter o vácuo baixo e médio.

Bomba molecular: uma bomba molecular utiliza um rotor rotativo de alta velocidade para expulsar mecanicamente o gás, adequado para obter o vácuo alto e ultra-alto.

TurboPump: a bomba turbomolecular combina as vantagens da bomba mecânica e da bomba molecular, atingindo bombeamento eficiente através de lâminas rotativas de vários estágios e é amplamente utilizado em sistemas de alto vácuo.

B. Física de cinema fino

Classificação e propriedades básicas de filmes finos

De acordo com o método e o objetivo de preparação, filmes finos podem ser divididos em filmes de metal, filmes de cerâmica, filmes de polímeros, etc. As propriedades básicas de filmes finos incluem espessura, uniformidade, adesão, dureza, propriedades ópticas (como transmitância e refletividade) e propriedades elétricas (como condutividade e constante dielétrica).

O processo básico e o mecanismo do crescimento do filme fino

O processo de crescimento de filmes finos geralmente inclui estágios como nucleação, crescimento da ilha, crescimento contíguo e em camadas. A nucleação é o estágio inicial em que átomos ou moléculas se reúnem na superfície do substrato para formar pequenas ilhas; Com o passar do tempo, essas pequenas ilhas se conectam gradualmente em folhas, eventualmente formando um filme fino contínuo. O mecanismo de crescimento é influenciado por fatores como propriedades do material, estado da superfície do substrato, temperatura de deposição e taxa de deposição.

C. Fundamentos da Ciência dos Materiais

Materiais de revestimento comuns e suas características

Os materiais de revestimento comuns incluem metais (como alumínio, ouro, platina), semicondutores (como silício e germânio), cerâmica (como óxido de alumínio e nitreto de silício) e materiais orgânicos (como polímeros). Diferentes materiais têm propriedades físicas e químicas diferentes e, ao selecionar materiais de revestimento, seus requisitos de desempenho em aplicações específicas precisam ser consideradas.

Princípios e padrões para seleção de materiais

Os princípios da seleção de material incluem estabilidade química, propriedades mecânicas, propriedades ópticas e propriedades elétricas. Os padrões geralmente envolvem a pureza, o tamanho das partículas, o conteúdo de impureza etc. de materiais para garantir a qualidade e as características funcionais dos filmes finos.

Os principais métodos e princípios do revestimento a vácuo

A. Deposição de vapor físico (PVD)

Visão geral e classificação

A deposição física de vapor (PVD) é uma técnica que utiliza processos físicos para depositar materiais na superfície do substrato. As principais categorias incluem revestimento de evaporação, revestimento de pulverização e revestimento de íons.

Princípios e etapas de processo específicos

Casado evaporativo: o material evapora em alta temperatura e deposita um filme fino no substrato através de um sistema de vácuo. Fontes de calor comum incluem aquecimento de resistência e aquecimento de feixe de elétrons.

Cascado de pulverização: Ao bombardear com íons gasosos inertes, os átomos do material alvo são cuspidos no substrato para formar um filme fino. Os métodos comuns incluem a pulverização de CC e a pulverização de RF.

PLATAMENTO DE ION: De acordo com a ação de uma fonte de íons, os materiais ionizados são acelerados para depositar no substrato, comumente usado para preparar revestimentos de alta dureza.

Vantagens, desvantagens e escopo da aplicação

As vantagens da tecnologia de PVD incluem densidade de filme fino, forte adesão e baixa temperatura do processo

, mas o equipamento é complexo e o custo é alto. Adequado para a preparação de filmes finos de metal, liga e cerâmica, amplamente utilizados nos campos de eletrônica, óptica e decoração.

B. Deposição de vapor químico (CVD)

O conceito básico de CVD

A deposição de vapor químico (DCV) é uma técnica de depositar filmes finos em uma superfície do substrato através de reações químicas. O gás de reação se decompõe ou passa por reações químicas a altas temperaturas, gerando depósitos sólidos.

Vários métodos CVD

CVD de baixa pressão (LPCVD): reage em um ambiente de baixa pressão, com alta qualidade do filme e boa uniformidade, adequada para a indústria de semicondutores.

CVD aprimorado no plasma (PECVD): utilizando o plasma para acelerar as reações químicas e reduzir a temperatura da reação, adequada para materiais sensíveis à temperatura.

Deposição de vapor químico orgânico de metal (MOCVD): Usando compostos orgânicos metálicos como precursores, é adequado para preparar filmes finos compostos complexos, como os materiais semicondutores III-V.

Características do processo e exemplos de aplicação

As características do processo CVD são filmes densos, alta pureza e boa uniformidade, mas alta temperatura e equipamentos complexos. Amplamente utilizado em dispositivos semicondutores, células solares, revestimentos ópticos e outros campos.

C. Deposição de camada atômica (ALD)

O mecanismo único e as etapas do ALD

A deposição da camada atômica (ALD) é uma técnica que controla com precisão a espessura dos filmes finos, fornecendo alternadamente o gás precursor e o gás de reação e depositando camadas atômicas por camada por camada na superfície do substrato. Seu mecanismo único de reação auto -limitadora permite o controle preciso da espessura do filme na nanoescala.

Comparação com PVD e CVD

Comparado com PVD e DCV, as vantagens do ALD estão no controle preciso da espessura do filme, alta uniformidade e forte capacidade de cobrir estruturas complexas. No entanto, a velocidade de deposição é mais lenta, tornando -o adequado para aplicações que requerem precisão e uniformidade extremamente alta.

Prospect de aplicação

A tecnologia ALD possui amplas perspectivas de aplicações em áreas como microeletrônica, nanotecnologia e biomedicina, como a preparação de filmes dielétricos de K Alto K, nanofios e biossensores.

Equipamento de revestimento a vácuo e fluxo de processo

A. Equipamento típico de revestimento a vácuo

A estrutura básica da máquina de revestimento

O equipamento típico de revestimento inclui câmaras de vácuo, sistemas de extração, sistemas de aquecimento, sistemas de controle e fontes de revestimento. A câmara de vácuo fornece um ambiente de baixa pressão, o sistema de bombeamento é usado para obter e manter o vácuo, a fonte de revestimento fornece materiais e o sistema de controle monitora e ajusta os parâmetros do processo.

Tipos de dispositivo comuns

Máquina de revestimento evaporativo: o material é evaporado e depositado no substrato através do aquecimento de resistência ou aquecimento por feixe de elétrons.

Máquina de revestimento de pulverização: os átomos do material alvo são pulverizados no substrato por meio da pulverização de magnetron ou pulverização por radiofrequência.

Equipamento de revestimento de íons: Utilizando uma fonte de íons para gerar vigas de íons de alta energia para depositar filmes finos, comumente usados ​​na preparação de revestimentos duros.

B. Fluxo de processo

Processo de pré -processamento

Antes do revestimento, a superfície do substrato precisa ser limpa e pré -tratada para remover os poluentes da superfície e as camadas de óxido, garantindo a adesão e a uniformidade do filme. Os métodos comuns incluem limpeza ultrassônica, limpeza química e limpeza de plasma.

Processo de revestimento

A chave para o processo de revestimento é a otimização dos parâmetros de controle, incluindo grau de vácuo, temperatura, vazão de gás e taxa de deposição. Esses parâmetros afetam diretamente a qualidade e o desempenho do filme.

Processo de pós -processamento

O filme após o revestimento geralmente requer pós-tratamento, como recozimento e passivação, para melhorar as propriedades físicas e químicas e a estabilidade do filme.

C. Controle e otimização do processo

Controle de parâmetros como grau de vácuo, temperatura, atmosfera, etc

Ao controlar com precisão o grau de vácuo, a temperatura de deposição e a composição do gás, o processo de crescimento dos filmes finos pode ser otimizado e a uniformidade e o desempenho dos filmes podem ser melhorados.

Controle da espessura e uniformidade do revestimento

Usando tecnologias de monitoramento on-line, como microbalança de cristal de quartzo e sistema de monitoramento óptico, o monitoramento em tempo real e o controle da espessura e uniformidade do revestimento podem ser alcançados para garantir a qualidade do filme.

Métodos de teste e avaliação de qualidade

A detecção da qualidade do filme inclui a avaliação de propriedades físicas, químicas e mecânicas, como espessura do filme, morfologia da superfície, análise de composição, adesão, dureza, etc. Os métodos comuns incluem microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM), difração de raios-X (XRD) e análise espectroscópica.

Exemplos de aplicação de revestimento a vácuo

A. indústria eletrônica e semicondutores

Fabricação de circuitos integrados

A tecnologia de revestimento a vácuo é usada na fabricação de circuitos integrados para depositar camadas de interconexão de metal, camadas de isolamento e camadas de proteção. O processo de revestimento de alta precisão garante o desempenho e a confiabilidade do circuito.

Tecnologia de revestimento para displays e sensores

Na fabricação de exibição, o revestimento a vácuo é usado para depositar filmes condutores transparentes e filmes ópticos; Na fabricação de sensores, a tecnologia de revestimento é usada para preparar componentes sensíveis e camadas de proteção, melhorando a sensibilidade e a durabilidade dos sensores.

B. óptica e optoeletrônica

Tipos e aplicações de filmes finos ópticos

Filmes finos ópticos incluem filmes anti -reflexivos, filmes anti -reflexivos, filmes de filtro e filmes reflexivos. Ao controlar com precisão a espessura e as propriedades ópticas dos filmes, podem ser alcançados efeitos ópticos específicos, como reduzir a reflexão, melhorar a transmitância e a filtragem seletiva.

A aplicação de revestimento em lasers e dispositivos ópticos

Em lasers e dispositivos ópticos, a tecnologia de revestimento a vácuo é usada para fabricar espelhos, janelas e lentes de alto desempenho, melhorando a eficiência e a estabilidade dos sistemas ópticos.

C. Aplicações mecânicas e de proteção

Revestimento duro e revestimento resistente ao desgaste

Revestimentos rígidos e revestimentos resistentes ao desgaste são preparados através da tecnologia de revestimento a vácuo e amplamente utilizados em ferramentas, moldes e peças mecânicas para melhorar sua resistência ao desgaste e vida útil.

Aplicação de revestimentos anticorrosão

Os revestimentos anti-corrosão depositam uma camada de materiais resistentes à corrosão, como cromo e titânio, na superfície metálica através da tecnologia de revestimento a vácuo para melhorar sua resistência à corrosão e prolongar a vida útil do equipamento.

D. Aplicações em campos emergentes

Revestimento a vácuo em nanotecnologia

Em nanotecnologia, o revestimento a vácuo é usado para preparar estruturas em nanoescala e filmes finos, como nanofios, nanopartículas e pontos quânticos, aplicados em campos como eletrônicos, optoeletrônicos e catálise.

Aplicações biomédicas

A tecnologia de revestimento a vácuo é usada em aplicações biomédicas para fabricar revestimentos funcionais em filmes, sensores e superfícies de dispositivos médicos biocompatíveis, melhorando seu desempenho e segurança.