Prinsip pelapisan vakum terungkap: fondasi teknis, aliran proses, dan aplikasi industri

Ini adalah proses penyimpanan bahan ke permukaan substrat menggunakan metode fisik atau kimia dalam lingkungan bertekanan rendah untuk membentuk film tipis. Melalui teknologi ini, deposisi film tipis presisi tinggi dan tinggi dapat dicapai, memberikannya sifat optik, listrik, mekanik, dan lainnya yang spesifik. Oleh karena itu, lapisan vakum memiliki nilai aplikasi penting dalam industri modern. Misalnya, dalam manufaktur semikonduktor, lapisan vakum digunakan untuk menghasilkan berbagai lapisan fungsional pada wafer; Di bidang optik, efek anti refleksi dan anti refleksi dapat dicapai melalui lapisan; Dalam manufaktur mekanis,lapisan vakumdapat meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan korosi komponen.

Teori dasar lapisan vakum

A. Dasar -dasar Teknologi Vakum

1. Definisi dan pengukuran vakum

Vakum mengacu pada lingkungan gas di bawah satu tekanan atmosfer (760 milimeter merkuri, 101325 pa). Menurut berbagai tingkat vakum, vakum dapat dibagi menjadi vakum rendah, vakum sedang, vakum tinggi, dan vakum sangat tinggi. Pengukuran derajat vakum biasanya dilakukan dengan menggunakan alat pengukur tekanan, seperti alat pengukur tekanan maclehose, pengukur pirani, dan pengukur katoda dingin.

2. Metode Akuisisi Vakum

Pompa mekanis: Pompa mekanis mengeluarkan gas melalui gerakan mekanis, biasanya termasuk pompa baling -baling putar dan pompa diafragma. Pompa ini cocok untuk mendapatkan vakum rendah dan sedang.

Pompa Molekul: Pompa molekuler menggunakan rotor berputar berkecepatan tinggi untuk mengeluarkan gas secara mekanis, cocok untuk mendapatkan vakum tinggi dan sangat tinggi.

Turbopump: Pompa turbomolekul menggabungkan keunggulan pompa mekanik dan pompa molekuler, mencapai pompa yang efisien melalui blade berputar multi-tahap, dan banyak digunakan dalam sistem vakum tinggi.

B. Fisika Film Tipis

Klasifikasi dan sifat dasar film tipis

Menurut metode dan tujuan persiapan, film tipis dapat dibagi menjadi film -film logam, film keramik, film polimer, dll. Sifat dasar film tipis termasuk ketebalan, keseragaman, adhesi, kekerasan, sifat optik (seperti transmitansi dan reflektifitas), dan sifat listrik (seperti konduktivitas dan konstanta dielektrik).

Proses dasar dan mekanisme pertumbuhan film tipis

Proses pertumbuhan film tipis biasanya mencakup tahapan seperti nukleasi, pertumbuhan pulau, pertumbuhan yang berdekatan dan berlapis. Nukleasi adalah tahap awal di mana atom atau molekul berkumpul di permukaan substrat untuk membentuk pulau -pulau kecil; Seiring berjalannya waktu, pulau -pulau kecil ini secara bertahap terhubung ke dalam lembaran, akhirnya membentuk film tipis yang berkelanjutan. Mekanisme pertumbuhan dipengaruhi oleh faktor -faktor seperti sifat material, keadaan permukaan substrat, suhu pengendapan, dan laju pengendapan.

C. Dasar -dasar Ilmu Bahan

Bahan pelapis umum dan karakteristiknya

Bahan pelapis umum termasuk logam (seperti aluminium, emas, platinum), semikonduktor (seperti silikon dan germanium), keramik (seperti aluminium oksida dan silikon nitrida), dan bahan organik (seperti polimer). Bahan yang berbeda memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda, dan ketika memilih bahan pelapis, persyaratan kinerjanya dalam aplikasi tertentu perlu dipertimbangkan.

Prinsip dan standar untuk pemilihan material

Prinsip -prinsip pemilihan material meliputi stabilitas kimia, sifat mekanik, sifat optik, dan sifat listrik. Standar biasanya melibatkan kemurnian, ukuran partikel, kandungan pengotor, dll. Bahan untuk memastikan kualitas dan karakteristik fungsional film tipis.

Metode dan prinsip utama pelapisan vakum

A. Deposisi Uap Fisik (PVD)

Tinjauan dan Klasifikasi

Deposisi uap fisik (PVD) adalah teknik yang memanfaatkan proses fisik untuk menyimpan bahan ke permukaan substrat. Kategori utama termasuk lapisan penguapan, lapisan sputtering, dan pelapisan ion.

Prinsip dan Langkah Proses Khusus

Lapisan evaporatif: Bahan menguap pada suhu tinggi dan deposit film tipis pada substrat melalui sistem vakum. Sumber panas yang umum termasuk pemanasan resistensi dan pemanasan sinar elektron.

Sputtering Coating: Dengan membombardir dengan ion gas inert, atom material target tergagap ke substrat untuk membentuk film tipis. Metode umum termasuk sputtering DC dan sputtering RF.

Pelapisan ion: Di bawah aksi sumber ion, bahan terionisasi dipercepat untuk disimpan ke substrat, biasanya digunakan untuk menyiapkan pelapis kekerasan tinggi.

Keuntungan, Kerugian, dan Lingkup Aplikasi

Keuntungan dari teknologi PVD termasuk kepadatan film tipis, adhesi yang kuat, dan suhu proses yang rendah

, tetapi peralatannya rumit dan biayanya tinggi. Cocok untuk persiapan film tipis logam, paduan, dan keramik, banyak digunakan di bidang elektronik, optik, dan dekorasi.

B. Deposisi Uap Kimia (CVD)

Konsep dasar CVD

Chemical Vapor Deposition (CVD) adalah teknik menyimpan film tipis pada permukaan substrat melalui reaksi kimia. Gas reaksi menguraikan atau mengalami reaksi kimia pada suhu tinggi, menghasilkan endapan padat.

Berbagai metode CVD

CVD Tekanan Rendah (LPCVD): Bereaksi di lingkungan bertekanan rendah, dengan kualitas film yang tinggi dan keseragaman yang baik, cocok untuk industri semikonduktor.

Plasma Peningkatan CVD (PECVD): Memanfaatkan plasma untuk mempercepat reaksi kimia dan mengurangi suhu reaksi, cocok untuk bahan sensitif suhu.

Deposisi uap kimia organik logam (MOCVD): Menggunakan senyawa logam organik sebagai prekursor, cocok untuk menyiapkan film tipis senyawa kompleks, seperti bahan semikonduktor III-V.

Karakteristik proses dan contoh aplikasi

Karakteristik proses CVD adalah film padat, kemurnian tinggi, dan keseragaman yang baik, tetapi suhu tinggi dan peralatan kompleks. Banyak digunakan dalam perangkat semikonduktor, sel surya, pelapis optik dan bidang lainnya.

C. Deposisi Lapisan Atom (ALD)

Mekanisme dan langkah -langkah ALD yang unik

Atomic Layer Deposition (ALD) adalah teknik yang secara tepat mengontrol ketebalan film tipis dengan memasok gas prekursor dan gas reaksi secara bergantian, dan menyimpan lapisan atom lapisan demi lapisan pada permukaan substrat. Mekanisme reaksi pembatasan diri yang unik memungkinkan kontrol ketebalan film yang tepat ke skala nano.

Perbandingan dengan PVD dan CVD

Dibandingkan dengan PVD dan CVD, keunggulan ALD terletak pada kontrol yang tepat dari ketebalan film, keseragaman tinggi, dan kemampuan yang kuat untuk menutupi struktur yang kompleks. Namun, kecepatan deposisi lebih lambat, membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan presisi dan keseragaman yang sangat tinggi.

prospek aplikasi

ALD Technology memiliki prospek aplikasi yang luas di bidang -bidang seperti mikroelektronika, nanoteknologi, dan biomedicine, seperti persiapan film dielektrik tinggi, kawat nano, dan biosensor.

Peralatan pelapis vakum dan aliran proses

A. Peralatan pelapis vakum khas

Struktur dasar mesin pelapis

Peralatan pelapisan yang khas meliputi ruang vakum, sistem ekstraksi, sistem pemanas, sistem kontrol, dan sumber pelapis. Ruang vakum menyediakan lingkungan bertekanan rendah, sistem pemompaan digunakan untuk mendapatkan dan mempertahankan vakum, sumber pelapis menyediakan bahan, dan sistem kontrol memantau dan menyesuaikan parameter proses.

Jenis perangkat umum

Mesin pelapis evaporatif: Bahan diuapkan dan diendapkan ke substrat melalui pemanasan resistensi atau pemanasan balok elektron.

Mesin Pelapis Sputtering: Atom bahan target tergagap ke substrat melalui sputtering magnetron atau sputtering frekuensi radio.

Peralatan pelapisan ion: Memanfaatkan sumber ion untuk menghasilkan balok ion berenergi tinggi untuk menyimpan film tipis, yang biasa digunakan dalam persiapan pelapis keras.

B. Aliran proses

Proses pemrosesan pra

Sebelum pelapisan, permukaan substrat perlu dibersihkan dan diobati untuk menghilangkan polutan permukaan dan lapisan oksida, memastikan adhesi dan keseragaman film. Metode umum termasuk pembersihan ultrasonik, pembersihan kimia, dan pembersihan plasma.

Proses pelapisan

Kunci proses pelapisan adalah optimalisasi parameter kontrol, termasuk tingkat vakum, suhu, laju aliran gas, dan laju pengendapan. Parameter ini secara langsung mempengaruhi kualitas dan kinerja film.

Proses pemrosesan pasca

Film setelah pelapisan sering membutuhkan pasca perawatan, seperti anil dan pasif, untuk meningkatkan sifat fisik dan kimia dan stabilitas film.

C. Kontrol proses dan optimasi

Kontrol parameter seperti derajat vakum, suhu, atmosfer, dll

Dengan tepat mengendalikan tingkat vakum, suhu pengendapan, dan komposisi gas, proses pertumbuhan film tipis dapat dioptimalkan, dan keseragaman dan kinerja film dapat ditingkatkan.

Kontrol ketebalan dan keseragaman lapisan

Dengan menggunakan teknologi pemantauan online seperti mikrobalance kristal kuarsa dan sistem pemantauan optik, pemantauan waktu nyata dan kontrol ketebalan dan keseragaman pelapisan dapat dicapai untuk memastikan kualitas film.

Metode pengujian dan evaluasi kualitas

Deteksi kualitas film meliputi evaluasi sifat fisik, kimia, dan mekanik, seperti ketebalan film, morfologi permukaan, analisis komposisi, adhesi, kekerasan, dll. Metode umum termasuk pemindaian mikroskop elektron (SEM), mikroskop gaya atom (AFM), difraksi x-ray (XRD), dan analisis spektroskopi.

Contoh aplikasi lapisan vakum

A. Industri elektronik dan semikonduktor

Pembuatan Sirkuit Terpadu

Teknologi pelapisan vakum digunakan dalam pembuatan sirkuit terintegrasi untuk menyimpan lapisan interkoneksi logam, lapisan isolasi, dan lapisan pelindung. Proses pelapisan presisi tinggi memastikan kinerja dan keandalan sirkuit.

Teknologi Pelapisan untuk Pajangan dan Sensor

Dalam manufaktur tampilan, pelapisan vakum digunakan untuk menyetor film konduktif transparan dan film optik; Dalam pembuatan sensor, teknologi pelapisan digunakan untuk menyiapkan komponen sensitif dan lapisan pelindung, meningkatkan sensitivitas dan daya tahan sensor.

B. Optik dan Optoelektronika

Jenis dan aplikasi film tipis optik

Film tipis optik termasuk film anti reflektif, film anti reflektif, film filter, dan film reflektif. Dengan mengontrol ketebalan dan sifat optik film secara tepat, efek optik spesifik dapat dicapai, seperti mengurangi refleksi, meningkatkan transmitansi, dan penyaringan selektif.

Penerapan lapisan di laser dan perangkat optik

Dalam laser dan perangkat optik, teknologi pelapisan vakum digunakan untuk memproduksi cermin, jendela, dan lensa berkinerja tinggi, meningkatkan efisiensi dan stabilitas sistem optik.

C. Aplikasi Mekanik dan Pelindung

Lapisan keras dan lapisan tahan aus

Pelapis keras dan pelapis tahan aus disiapkan melalui teknologi pelapisan vakum dan banyak digunakan dalam alat, cetakan, dan bagian mekanis untuk meningkatkan ketahanan aus dan masa pakai.

Penerapan pelapis anti korosi

Pelapis korosi anti-korosi menyimpan lapisan bahan tahan korosi, seperti kromium dan titanium, pada permukaan logam melalui teknologi pelapisan vakum untuk meningkatkan ketahanan korosi dan memperluas masa pakai peralatan.

D. Aplikasi di bidang yang muncul

Lapisan vakum dalam nanoteknologi

Dalam nanoteknologi, lapisan vakum digunakan untuk menyiapkan struktur skala nano dan film tipis, seperti kawat nano, nanopartikel, dan titik kuantum, yang diterapkan di bidang seperti elektronik, optoelektronika, dan katalisis.

Aplikasi Biomedis

Teknologi pelapisan vakum digunakan dalam aplikasi biomedis untuk memproduksi pelapisan fungsional pada film biokompatibel, sensor, dan permukaan perangkat medis, meningkatkan kinerja dan keamanannya.