Vakum kaplama prensibi ortaya çıktı: Teknik temel, süreç akışı ve endüstri uygulaması

İnce bir film oluşturmak için düşük basınçlı bir ortamda fiziksel veya kimyasal yöntemler kullanarak malzemeleri bir substrat yüzeyine yatırma işlemidir. Bu teknoloji sayesinde, spesifik optik, elektriksel, mekanik ve diğer özellikleri sağlayarak yüksek saflık ve yüksek hassasiyetli ince film birikimi elde edilebilir. Bu nedenle, vakum kaplamanın modern endüstride önemli uygulama değeri vardır. Örneğin, yarı iletken üretiminde, gofretler üzerinde çeşitli fonksiyonel katmanlar üretmek için vakum kaplama kullanılır; Optik alanında, anti -yansıma ve anti -yansıma etkileri kaplama yoluyla elde edilebilir; Mekanik üretimde,vakum kaplamaBileşenlerin aşınma direncini ve korozyon direncini artırabilir.

Temel vakum kaplama teorisi

A. Vakum teknolojisinin temelleri

1. Vakumun tanımı ve ölçümü

Vakum, bir atmosfer basıncının altındaki bir gaz ortamını ifade eder (760 milimetre Merkür, 101325 PA). Farklı vakum derecelerine göre, vakum düşük vakum, orta vakum, yüksek vakum ve ultra yüksek vakuma bölünebilir. Vakum derecesinin ölçümü genellikle maklehoz basınç göstergeleri, pirani göstergeleri ve soğuk katot göstergeleri gibi basınç göstergeleri kullanılarak gerçekleştirilir.

2. Vakum edinme yöntemi

Mekanik Pompa: Mekanik pompalar Gazı, yaygın olarak döner kanama pompaları ve diyafram pompaları dahil mekanik hareket yoluyla deşarj eder. Bu pompalar düşük ve orta vakum elde etmek için uygundur.

Moleküler pompa: Bir moleküler pompa, yüksek ve ultra yüksek vakum elde etmek için uygun olan gazı mekanik olarak sınır dışı etmek için yüksek hızlı dönen bir rotor kullanır.

Turbopump: Turbomoleküler pompa, mekanik pompa ve moleküler pompanın avantajlarını birleştirerek, çok aşamalı dönen bıçaklar yoluyla verimli pompalama elde eder ve yüksek vakum sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.

B. İnce Film Fiziği

İnce filmlerin sınıflandırılması ve temel özellikleri

Hazırlık yöntemine ve amaca göre, ince filmler metal filmlere, seramik filmlere, polimer filmlere vb.

İnce film büyümesinin temel süreci ve mekanizması

İnce filmlerin büyüme süreci genellikle çekirdeklenme, ada büyümesi, bitişik ve katmanlı büyüme gibi aşamaları içerir. Çekirdeklenme, atomların veya moleküllerin küçük adalar oluşturmak için substrat yüzeyinde toplandığı ilk aşamadır; Zaman geçtikçe, bu küçük adalar yavaş yavaş çarşaflara bağlanır ve sonunda sürekli ince bir film oluşturur. Büyüme mekanizması, malzeme özellikleri, substrat yüzey durumu, biriktirme sıcaklığı ve biriktirme oranı gibi faktörlerden etkilenir.

C. Malzeme Biliminin Temelleri

Ortak kaplama malzemeleri ve özellikleri

Yaygın kaplama malzemeleri arasında metaller (alüminyum, altın, platin), yarı iletkenler (silikon ve germanyum gibi), seramikler (alüminyum oksit ve silikon nitrür gibi) ve organik malzemeler (polimerler gibi) bulunur. Farklı malzemeler farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir ve kaplama malzemeleri seçerken, belirli uygulamalardaki performans gereksinimlerinin dikkate alınması gerekir.

Malzeme seçimi için ilkeler ve standartlar

Malzeme seçimi ilkeleri kimyasal stabilite, mekanik özellikler, optik özellikler ve elektriksel özellikleri içerir. Standartlar genellikle ince filmlerin kalitesini ve fonksiyonel özelliklerini sağlamak için malzemelerin saflığını, parçacık boyutunu, safsızlık içeriğini vb. İçerir.

Vakum kaplamanın ana yöntemleri ve ilkeleri

A. Fiziksel buhar birikimi (PVD)

Genel Bakış ve Sınıflandırma

Fiziksel buhar birikimi (PVD), malzemeleri substrat yüzeyine biriktirmek için fiziksel işlemleri kullanan bir tekniktir. Ana kategoriler buharlaşma kaplama, püskürtme kaplama ve iyon kaplamayı içerir.

Belirli süreç ilkeleri ve adımları

Evaporatif Kaplama: Malzeme yüksek sıcaklıkta buharlaşır ve bir vakum sistemi aracılığıyla substrat üzerinde ince bir film biriktirir. Yaygın ısı kaynakları arasında direnç ısıtma ve elektron ışını ısıtma bulunur.

Püskürtme kaplaması: İnert gaz iyonları ile bombalanarak, hedef malzeme atomları ince bir film oluşturmak için substrat üzerine püskürtülür. Yaygın yöntemler DC püskürtme ve RF püskürtme içerir.

İyon Kaplama: Bir iyon kaynağının etkisi altında, iyonize malzemeler, yüksek sertlik kaplamaları hazırlamak için yaygın olarak kullanılan substrat üzerine birikecek şekilde hızlandırılır.

Avantajlar, dezavantajlar ve uygulama kapsamı

PVD teknolojisinin avantajları arasında ince film yoğunluğu, güçlü yapışma ve düşük işlem sıcaklığı

, ancak ekipman karmaşıktır ve maliyet yüksektir. Elektronik, optik ve dekorasyon alanlarında yaygın olarak kullanılan metal, alaşım ve seramik ince filmlerin hazırlanması için uygundur.

B. Kimyasal buhar birikimi (CVD)

CVD'nin temel kavramı

Kimyasal buhar birikimi (CVD), kimyasal reaksiyonlar yoluyla bir substrat yüzeyine ince filmlerin biriktirilmesi tekniğidir. Reaksiyon gazı, yüksek sıcaklıklarda kimyasal reaksiyonlara ayrılır veya tabakalar üretir.

Çeşitli CVD yöntemleri

Düşük Basınçlı CVD (LPCVD): Yarı iletken endüstrisi için uygun, yüksek film kalitesi ve iyi tekdüzelik ile düşük basınçlı bir ortamda reaksiyona girer.

Plazma Geliştirilmiş CVD (PECVD): Kimyasal reaksiyonları hızlandırmak ve sıcaklığa duyarlı malzemeler için uygun reaksiyon sıcaklığını azaltmak için plazma kullanılması.

Metal organik kimyasal buhar birikimi (MOCVD): Metal organik bileşikleri öncü olarak kullanarak, III-V yarı iletken malzemeleri gibi karmaşık bileşik ince filmlerin hazırlanması için uygundur.

Proses özellikleri ve uygulama örnekleri

CVD işleminin özellikleri yoğun film, yüksek saflık ve iyi tekdüzelik, ancak yüksek sıcaklık ve karmaşık ekipmandır. Yarı iletken cihazlarda, güneş pillerinde, optik kaplamalarda ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır.

C. Atomik tabaka birikimi (ALD)

ALD'nin benzersiz mekanizması ve adımları

Atomik tabaka birikimi (ALD), dönüşümlü olarak öncü gaz ve reaksiyon gazı tedarik ederek ve atomik tabaka tabakasını substrat yüzeyinde tabakaya göre biriktirerek ince filmlerin kalınlığını tam olarak kontrol eden bir tekniktir. Eşsiz kendi kendini sınırlayıcı reaksiyon mekanizması, film kalınlığının nano ölçekte hassas kontrolünü sağlar.

PVD ve CVD ile karşılaştırma

PVD ve CVD ile karşılaştırıldığında, ALD'nin avantajları film kalınlığının, yüksek homojenlik ve karmaşık yapıları örtme yeteneğinin hassas kontrolünde yatmaktadır. Bununla birlikte, biriktirme hızı daha yavaştır, bu da son derece yüksek hassasiyet ve homojenlik gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir.

uygulama beklentisi

ALD teknolojisi, mikroelektronik, nanoteknoloji ve biyomıp gibi alanlarda yüksek K dielektrik filmlerin, nanotellerin ve biyosensörlerin hazırlanması gibi geniş uygulama beklentilerine sahiptir.

Vakum kaplama ekipmanı ve işlem akışı

A. Tipik vakum kaplama ekipmanı

Kaplama makinesinin temel yapısı

Tipik kaplama ekipmanı, vakum odaları, ekstraksiyon sistemleri, ısıtma sistemleri, kontrol sistemleri ve kaplama kaynaklarını içerir. Vakum odası düşük basınçlı bir ortam sağlar, pompalama sistemi vakum elde etmek ve korumak için kullanılır, kaplama kaynağı malzemeler sağlar ve kontrol sistemi işlem parametrelerini izler ve ayarlar.

Ortak Cihaz Türleri

Evaporatif Kaplama Makinesi: Malzeme buharlaştırılır ve direnç ısıtma veya elektron ışını ısıtma yoluyla substrat üzerine biriktirilir.

Püskürtme kaplama makinesi: Hedef malzeme atomları, manyetron püskürtme veya radyo frekansı püskürtme yoluyla substrat üzerine püskürtülür.

İyon Kaplama Ekipmanı: Sert kaplamaların hazırlanmasında yaygın olarak kullanılan ince filmleri biriktirmek için yüksek enerjili iyon ışınları üretmek için bir iyon kaynağı kullanılması.

B. Proses Akışı

İşleme Ön İşleme işlemi

Kaplamadan önce, yüzey kirleticilerini ve oksit tabakalarını uzaklaştırmak için substrat yüzeyinin temizlenmesi ve ön işlemelidir, bu da filmin yapışmasını ve homojenliğini sağlar. Yaygın yöntemler arasında ultrasonik temizlik, kimyasal temizlik ve plazma temizliği bulunur.

Kaplama işlemi

Kaplama işleminin anahtarı, vakum derecesi, sıcaklık, gaz akış hızı ve biriktirme hızı dahil olmak üzere kontrol parametrelerinin optimizasyonudur. Bu parametreler filmin kalitesini ve performansını doğrudan etkiler.

İşleme Sonrası İşlem Sonrası

Kaplamadan sonraki film, filmin fiziksel ve kimyasal özelliklerini ve istikrarını iyileştirmek için tavlama ve pasivasyon gibi tedavi sonrası genellikle gerektirir.

C. Proses Kontrolü ve Optimizasyonu

Vakum derecesi, sıcaklık, atmosfer vb. Gibi parametrelerin kontrolü

Vakum derecesi, biriktirme sıcaklığı ve gaz bileşimini tam olarak kontrol ederek, ince filmlerin büyüme süreci optimize edilebilir ve filmlerin tekdüzeliği ve performansı geliştirilebilir.

Kaplama kalınlığı ve tekdüzeliğinin kontrolü

Kuvars kristal mikro dengesi ve optik izleme sistemi gibi çevrimiçi izleme teknolojileri kullanılarak, filmin kalitesini sağlamak için kaplama kalınlığı ve tekdüzeliğinin gerçek zamanlı izleme ve kontrolü sağlanabilir.

Kalite Test ve Değerlendirme Yöntemleri

Film kalitesinin saptanması, film kalınlığı, yüzey morfolojisi, kompozisyon analizi, yapışma, sertlik vb. Gibi fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerin değerlendirilmesini içerir. Yaygın yöntemler, elektron mikroskopisi (SEM), atomik kuvvet mikroskopisi (AFM), X-ışını kırınımı (XRD) ve spektroskopik analiz içerir.

Vakum kaplamanın uygulama örnekleri

A. Elektronik ve Yarıiletken Endüstrisi

Entegre devre üretimi

Vakum kaplama teknolojisi, entegre devre üretiminde metal ara bağlantı katmanlarını, yalıtım katmanlarını ve koruyucu katmanları biriktirmek için kullanılır. Yüksek hassasiyetli kaplama işlemi devre performansını ve güvenilirliğini sağlar.

Ekranlar ve sensörler için kaplama teknolojisi

Ekran üretiminde, şeffaf iletken filmler ve optik filmler biriktirmek için vakum kaplama kullanılır; Sensör üretiminde kaplama teknolojisi, hassas bileşenler ve koruyucu katmanlar hazırlamak için kullanılır ve sensörlerin duyarlılığını ve dayanıklılığını artırır.

B. Optik ve optoelektronik

Optik ince filmlerin türleri ve uygulamaları

Optik ince filmler arasında anti yansıtıcı filmler, anti -yansıtıcı filmler, filtre filmleri ve yansıtıcı filmler bulunur. Filmlerin kalınlığını ve optik özelliklerini tam olarak kontrol ederek, yansımayı azaltmak, geçirgenliği arttırmak ve seçici filtreleme gibi spesifik optik efektler elde edilebilir.

Lazerlerde ve optik cihazlarda kaplama uygulaması

Lazerlerde ve optik cihazlarda, yüksek performanslı aynalar, pencereler ve lensler üretmek için vakum kaplama teknolojisi kullanılır ve optik sistemlerin verimliliğini ve stabilitesini artırır.

C. Mekanik ve koruyucu uygulamalar

Sert kaplama ve aşınmaya dayanıklı kaplama

Sert kaplamalar ve aşınmaya dayanıklı kaplamalar, vakum kaplama teknolojisi ile hazırlanır ve aşınma direncini ve servis ömrünü iyileştirmek için araçlarda, kalıplarda ve mekanik parçalarda yaygın olarak kullanılır.

Korozyon önleyici kaplamaların uygulanması

Anti-korozyon kaplamaları, korozyon direncini arttırmak ve ekipmanın servis ömrünü uzatmak için vakum kaplama teknolojisi yoluyla metal yüzeyine krom ve titanyum gibi bir korozyona dayanıklı malzemeler tabakasını biriktirir.

D. gelişmekte olan alanlarda uygulamalar

Nanoteknolojide vakum kaplama

Nanoteknolojide vakum kaplama, elektronik, optoelektronik ve kataliz gibi alanlarda uygulanan nanoteller, nanopartiküller ve kuantum noktaları gibi nano ölçekli yapıları ve ince filmleri hazırlamak için kullanılır.

Biyomedikal uygulamalar

Vakum kaplama teknolojisi, biyomedikal uygulamalarda biyouyumlu filmler, sensörler ve tıbbi cihaz yüzeylerinde fonksiyonel kaplamalar üretmek, performanslarını ve güvenliklerini artırmak için kullanılır.