Das Prinzip der Vakuumbeschichtung zeigt sich: Technische Grundlage, Prozessfluss und Branchenanwendung

Es handelt sich um einen Prozess der Ablagerung von Materialien auf eine Substratoberfläche unter Verwendung physikalischer oder chemischer Methoden in einer niedrigen Druckumgebung, um einen dünnen Film zu bilden. Durch diese Technologie können hohe Purity- und hochpräzise dünne Filmablagerung erreicht werden, was ihnen spezifische optische, elektrische, mechanische und andere Eigenschaften verleiht. Daher hat die Vakuumbeschichtung einen wichtigen Anwendungswert in der modernen Industrie. Beispielsweise wird bei der Herstellung von Halbleiter die Vakuumbeschichtung verwendet, um verschiedene funktionelle Schichten an Wafern herzustellen. Im Bereich der Optik können Anti -Reflexions- und Anti -Reflexionseffekte durch Beschichtung erreicht werden; In der mechanischen Herstellung,VakuumbeschichtungKann die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Komponenten verbessern.

Grundtheorie der Vakuumbeschichtung

A. Grundlagen der Vakuumtechnologie

1. Definition und Messung des Vakuums

Das Vakuum bezieht sich auf eine Gasumgebung unter einem atmosphärischen Druck (760 Millimeter Quecksilber, 101325 PA). Gemäß den verschiedenen Vakuumgraden kann Vakuum in niedriges Vakuum, mittleres Vakuum, hohes Vakuum und ultrahohohes Vakuum unterteilt werden. Die Messung des Vakuumgrades wird normalerweise unter Verwendung von Druckmessgeräten wie Maclehose -Druckmessgeräten, Pirani -Messgeräten und kalten Kathodenmessgeräten durchgeführt.

2. Vakuumakquisitionsmethode

Mechanische Pumpe: Mechanische Pumpen entladen Gas durch mechanische Bewegung, häufig einschließlich Rotationsschaufelpumpen und Membranpumpen. Diese Pumpen sind geeignet, um niedriges und mittleres Vakuum zu erhalten.

Molekülpumpe: Eine molekulare Pumpe verwendet einen Hochgeschwindigkeitsrotor-Rotor, um gas mechanisch auszuschließen.

Turbopump: Turbomolekulare Pumpe kombiniert die Vorteile der mechanischen Pumpe und der Molekülpumpe, das effiziente Pumpen durch mehrstufige rotierende Klingen erreicht und wird in hohen Vakuumsystemen häufig verwendet.

B. Dünnfilmphysik

Klassifizierung und grundlegende Eigenschaften von Dünnfilmen

Gemäß der Vorbereitungsmethode und -zweck können Dünnfilme in Metallfilme, Keramikfilme, Polymerfilme usw. unterteilt werden. Die grundlegenden Eigenschaften von Dünnfilmen umfassen Dicke, Gleichmäßigkeit, Adhäsion, Härte, optische Eigenschaften (wie Surkitanz und Reflexion) sowie elektrische Eigenschaften (wie Leitfähigkeit und Dielektriekonstant).

Der Grundprozess und der Mechanismus des Dünnfilmwachstums

Der Wachstumsprozess von Dünnfilmen umfasst normalerweise Stadien wie Keimbildung, Inselwachstum, zusammenhängendes und vielschichtiges Wachstum. Die Keimbildung ist das anfängliche Stadium, in dem sich Atome oder Moleküle auf der Substratoberfläche sammeln, um kleine Inseln zu bilden. Mit der Zeit verbinden sich diese kleinen Inseln allmählich zu Blättern und bilden schließlich einen kontinuierlichen Dünnfilm. Der Wachstumsmechanismus wird durch Faktoren wie Materialeigenschaften, Substratoberflächenzustand, Abscheidungstemperatur und Abscheidungsrate beeinflusst.

C. Grundlagen der Materialwissenschaft

Gemeinsame Beschichtungsmaterialien und ihre Eigenschaften

Gemeinsame Beschichtungsmaterialien umfassen Metalle (wie Aluminium, Gold, Platin), Halbleiter (wie Silizium und Germanium), Keramik (wie Aluminiumoxid und Siliziumnitrid) und organische Materialien (wie Polymere). Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften, und bei der Auswahl von Beschichtungsmaterialien müssen ihre Leistungsanforderungen in bestimmten Anwendungen berücksichtigt werden.

Prinzipien und Standards für die Materialauswahl

Die Prinzipien der Materialauswahl umfassen chemische Stabilität, mechanische Eigenschaften, optische Eigenschaften und elektrische Eigenschaften. Standards beinhalten normalerweise die Reinheit, die Partikelgröße, den Verunreinigungsgehalt usw. von Materialien, um die Qualität und die funktionellen Eigenschaften von dünnen Filmen zu gewährleisten.

Die Hauptmethoden und Prinzipien der Vakuumbeschichtung

A. Physikalische Dampfabscheidung (PVD)

Übersicht und Klassifizierung

Die physische Dampfabscheidung (PVD) ist eine Technik, die physikalische Prozesse verwendet, um Materialien auf die Substratoberfläche abzulegt. Die Hauptkategorien umfassen Verdunstungsbeschichtung, Sputterbeschichtung und Ionenbeschichtung.

Spezifische Prozessprinzipien und Schritte

Verdunstungsbeschichtung: Das Material verdunstet bei hoher Temperatur und legt einen Dünnfilm auf dem Substrat durch ein Vakuumsystem ab. Zu den häufigen Wärmequellen gehören Widerstandserwärmung und Elektronenstrahlheizung.

Sputterbeschichtung: Durch Bombardieren mit inerten Gasionen werden die Zielmaterialatome auf das Substrat gesputtert, um einen dünnen Film zu bilden. Zu den häufigen Methoden gehören DC -Sputter und RF -Sputter.

Ionenbeschichtung: Unter der Wirkung einer Ionenquelle werden ionisierte Materialien beschleunigt, um sich auf das Substrat abzulegen, die üblicherweise zur Herstellung hoher Härtebeschichtungen verwendet werden.

Vorteile, Nachteile und Anwendungsbereich

Die Vorteile der PVD -Technologie umfassen die Dünnfilmdichte, eine starke Haftung und eine niedrige Prozesstemperatur

Aber die Ausrüstung ist komplex und die Kosten sind hoch. Geeignet für die Zubereitung von Metall-, Legierungs- und Keramik -Dünnfilmen, die in den Bereichen Elektronik, Optik und Dekoration weit verbreitet sind.

B. Chemische Dampfabscheidung (CVD)

Das Grundkonzept von CVD

Chemische Dampfabscheidung (CVD) ist eine Technik, um dünne Filme auf einer Substratoberfläche durch chemische Reaktionen abzulegen. Das Reaktionsgas zersetzt sich oder unterliegt chemischen Reaktionen bei hohen Temperaturen und erzeugt feste Ablagerungen.

Verschiedene CVD -Methoden

Niederdruck CVD (LPCVD): Reagiert in einer niedrigen Druckumgebung mit hoher Filmqualität und guter Gleichmäßigkeit, geeignet für die Halbleiterindustrie.

Plasma verstärkte CVD (PECVD): Verwendung von Plasma zur Beschleunigung chemischer Reaktionen und zur Verringerung der Reaktionstemperatur, geeignet für temperaturempfindliche Materialien.

Metall organische chemische Dampfablagerung (MOCVD): Unter Verwendung von Metall organischen Verbindungen als Vorläufer eignet sich für die Herstellung komplexer Verbindungsdünnfilme wie III-V-Halbleitermaterialien.

Prozessmerkmale und Anwendungsbeispiele

Die Eigenschaften des CVD -Prozesses sind dichter Film, hoher Reinheit und guter Gleichmäßigkeit, aber hoher Temperatur und komplexer Geräte. Häufig in Halbleitergeräten, Solarzellen, optischen Beschichtungen und anderen Feldern verwendet.

C. Atomschichtabscheidung (ALD)

Der einzigartige Mechanismus und die Schritte von ALD

Die Atomschichtabscheidung (ALD) ist eine Technik, die die Dicke von Dünnfilmen genau steuert, indem es abwechselnd Vorläufergas und Reaktionsgas liefert und die Atomschichtschicht für Schicht auf der Substratoberfläche ablegt. Sein einzigartiger selbstbegrenzender Reaktionsmechanismus ermöglicht eine präzise Kontrolle der Filmdicke für die Nanoskala.

Vergleich mit PVD und CVD

Im Vergleich zu PVD und CVD liegen die Vorteile der ALD in der genauen Kontrolle der Filmdicke, der hohen Gleichmäßigkeit und der starken Fähigkeit, komplexe Strukturen abzudecken. Die Ablagerungsgeschwindigkeit ist jedoch langsamer, so dass sie für Anwendungen geeignet ist, die extrem hohe Präzision und Gleichmäßigkeit erfordern.

Anwendungsaussicht

Die ALD -Technologie verfügt über umfassende Anwendungsaussichten in Bereichen wie Mikroelektronik, Nanotechnologie und Biomedizin, wie z.

Vakuumbeschichtungsgeräte und Prozessfluss

A. Typische Vakuumbeschichtungsausrüstung

Die Grundstruktur der Beschichtungsmaschine

Typische Beschichtungsgeräte umfassen Vakuumkammern, Extraktionssysteme, Heizsysteme, Steuerungssysteme und Beschichtungsquellen. Die Vakuumkammer bietet eine Umgebung mit niedrigem Druck, das Pumpensystem wird verwendet, um Vakuum zu erhalten und aufrechtzuerhalten, die Beschichtungsquelle Materialien bereitzustellen, und das Steuerungssystem überwacht und passt die Prozessparameter ein.

Gemeinsame Gerätetypen

Verdunstungsbeschichtungsmaschine: Das Material wird durch Widerstandserwärmung oder Elektronenstrahlheizung auf das Substrat eingedampft und abgelagert.

Sputterbeschichtungsmaschine: Die Zielmaterialatome werden durch Magnetron -Sputter- oder Funkfrequenzspotten auf das Substrat gesputtert.

Ionenbeschichtungsausrüstung: Verwenden einer Ionenquelle zur Erzeugung von hochwertigen Ionenstrahlen zur Ablagerung von dünnen Filmen, die üblicherweise bei der Zubereitung von Hartbeschichtungen verwendet werden.

B. Prozessfluss

Vorverarbeitungsprozess

Vor der Beschichtung muss die Substratoberfläche gereinigt und vorbehandelt werden, um Oberflächenschadstoffe und Oxidschichten zu entfernen, um die Haftung und Gleichmäßigkeit des Films sicherzustellen. Häufige Methoden sind Ultraschallreinigung, chemische Reinigung und Plasmareinigung.

Beschichtungsprozess

Der Schlüssel zum Beschichtungsprozess ist die Optimierung der Kontrollparameter, einschließlich Vakuumgrad, Temperatur, Gasdurchflussrate und Abscheidungsrate. Diese Parameter wirken sich direkt auf die Qualität und Leistung des Films aus.

Nachverarbeitungsprozess

Der Film nach der Beschichtung erfordert häufig nach der Behandlung, wie z. B. Tempern und Passivierung, die physikalischen und chemischen Eigenschaften und die Stabilität des Films.

C. Prozesskontrolle und Optimierung

Kontrolle von Parametern wie Vakuumgrad, Temperatur, Atmosphäre usw.

Durch die genaue Kontrolle des Vakuumgrades, der Abscheidungstemperatur und der Gaszusammensetzung kann der Wachstumsprozess von Dünnfilmen optimiert werden, und die Gleichmäßigkeit und Leistung der Filme kann verbessert werden.

Kontrolle der Beschichtungsdicke und Gleichmäßigkeit

Durch die Verwendung von Online-Überwachungstechnologien wie Quarzkristallmikrobalanz und optischem Überwachungssystem können die Echtzeitüberwachung und Kontrolle der Beschichtungsdicke und Gleichmäßigkeit erreicht werden, um die Qualität des Films sicherzustellen.

Qualitätstest- und Bewertungsmethoden

Der Nachweis der Filmqualität umfasst die Bewertung der physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften wie Filmdicke, Oberflächenmorphologie, Zusammensetzungsanalyse, Adhäsion, Härte usw. Zu den gemeinsamen Methoden gehören die Rasterelektronenmikroskopie (SEM), die Atomkraftmikroskopie (AFM), die X-Ray-Beugung (XRD) und die spektroskopische Analyse.

Anwendungsbeispiele für Vakuumbeschichtung

A. Elektronik- und Halbleiterindustrie

Herstellung integrierter Schaltkreis

Die Vakuumbeschichtungstechnologie wird in der Herstellung integrierter Schaltung verwendet, um Metallverbindungsschichten, Isolationsschichten und Schutzschichten abzuscheiden. Der hohe Präzisionsbeschichtungsprozess sorgt für die Leistung und Zuverlässigkeit der Schaltung und Zuverlässigkeit.

Beschichtungstechnologie für Displays und Sensoren

In der Display -Herstellung wird die Vakuumbeschichtung verwendet, um transparente leitende Filme und optische Filme abzulegen. In der Sensorherstellung wird die Beschichtungstechnologie verwendet, um empfindliche Komponenten und Schutzschichten vorzubereiten, wodurch die Empfindlichkeit und Haltbarkeit von Sensoren verbessert wird.

B. Optik und Optoelektronik

Typen und Anwendungen optischer Dünnfilme

Optische Dünnfilme umfassen Anti -Reflexionsliege, anti -reflektierende Filme, Filterfilme und reflektierende Filme. Durch die genaue Kontrolle der Dicke und der optischen Eigenschaften der Filme können spezifische optische Effekte erzielt werden, wie z.

Die Anwendung der Beschichtung in Lasern und optischen Geräten

In Lasern und optischen Geräten wird die Vakuumbeschichtungstechnologie zur Herstellung von Hochleistungsspiegeln, Fenstern und Linsen verwendet, wodurch die Effizienz und Stabilität optischer Systeme verbessert wird.

C. mechanische und schützende Anwendungen

Harte Beschichtung und Verschleißbeschichtung

Hartbeschichtungen und Verschleißbeschichtungen werden durch Vakuumbeschichtungstechnologie vorbereitet und in Werkzeugen, Formen und mechanischen Teilen weit verbreitet, um ihren Verschleißfestigkeit und ihre Lebensdauer zu verbessern.

Anwendung von Antikorrosionsbeschichtungen

Anti-Korrosionsbeschichtungen legen eine Schicht von korrosionsresistenten Materialien wie Chrom und Titan durch Vakuumbeschichtungstechnologie ab, um den Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und die Lebensdauer der Geräte zu verlängern.

D. Anwendungen in aufstrebenden Bereichen

Vakuumbeschichtung in der Nanotechnologie

In der Nanotechnologie wird die Vakuumbeschichtung verwendet, um nanoskalige Strukturen und dünne Filme wie Nanodrähte, Nanopartikel und Quantenpunkte herzustellen, die in Feldern wie Elektronik, Optoelektronik und Katalyse angewendet werden.

Biomedizinische Anwendungen

Die Vakuumbeschichtungstechnologie wird in biomedizinischen Anwendungen verwendet, um funktionelle Beschichtungen auf biokompatiblen Filmen, Sensoren und Oberflächen für medizinische Geräte herzustellen und ihre Leistung und Sicherheit zu verbessern.