Näidatakse vaakumkatte põhimõtet: tehniline vundament, protsesside voog ja tööstuse rakendus

See on materjalide ladestamine substraadi pinnale, kasutades õhukese kile moodustamiseks füüsikalisi või keemilisi meetodeid madala rõhuga keskkonnas. Selle tehnoloogia kaudu on võimalik saavutada kõrgtunnus ja ülitäpselt õhuke kile ladestumine, andes sellele spetsiifilised optilised, elektrilised, mehaanilised ja muud omadused. Seetõttu on vaakumkattel tänapäevases tööstuses oluline rakenduslik väärtus. Näiteks pooljuhtide tootmisel kasutatakse vahvlitel mitmesuguste funktsionaalsete kihtide tootmiseks vaakumkatte; Optika valdkonnas saab kattekatte abil saavutada peegeldusevastaseid ja peegeldusvastaseid toimeid; Mehaanilises tootmises,vaakumkatevõib parandada komponentide kulumiskindlust ja korrosioonikindlust.

Vaakumkatte põhiteooria

A. Vaakumtehnoloogia põhialused

1. vaakumi määratlus ja mõõtmine

Vaakum viitab gaasikeskkonnale alla ühe atmosfäärirõhu (760 millimeetrit elavhõbedat, 101325 PA). Varkuumi erinevate astete kohaselt võib vaakumi jagada madala vaakumiks, keskmise vaakumiks, kõrge vaakumiks ja ülikõrge vaakumiks. Vaakumkraadi mõõtmine viiakse tavaliselt läbi rõhumõõturite, näiteks MacLehose'i rõhu gabariidid, pirani gabariidid ja külmad katoodmõõturid.

2. vaakumi omandamise meetod

Mehaaniline pump: mehaanilised pumbad tühjendavad gaasi mehaanilise liikumise kaudu, hõlmates tavaliselt pöörlevaid labapumbasid ja diafragmapumbasid. Need pumbad sobivad madala ja keskmise vaakumi saamiseks.

Molekulaarne pump: molekulaarne pump kasutab gaasi mehaaniliseks väljasaatmiseks kiiret pöörlevat rootorit, mis sobib kõrge ja ülikõrge vaakumi saamiseks.

Turbopump: Turbomolekulaarne pump ühendab mehaanilise pumba ja molekulaarse pumba eelised, saavutades tõhusa pumpamise läbi mitmeastmelise pöörlevate labade ja seda kasutatakse laialdaselt kõrge vaakumisüsteemi korral.

B. Õhuke kilefüüsika

Õhukeste filmide klassifikatsioon ja põhilised omadused

Ettevalmistusmeetodi ja eesmärgi kohaselt võib õhukesed kiled jagada metallkiledeks, keraamilisteks kiledeks, polümeerkiledeks jne. Õhukeste kilede põhiomadused hõlmavad paksust, ühtlust, haarduvust, kõvadust, optilisi omadusi (näiteks läbilaskvust ja peegeldust) ning elektrilisi omadusi (näiteks juhtivus ja delektriline konstant).

KILMI KIRJUTAMISE PÕHIMEHETUS JA MEHEMMISM

Õhukeste kilede kasvuprotsess hõlmab tavaliselt selliseid etappe nagu tuuma moodustumine, saarte kasv, külgnev ja kihiline kasv. Tuuma moodustumine on algne etapp, kus aatomid või molekulid kogunevad substraadi pinnale väikeste saarte moodustamiseks; Aja möödudes ühendavad need väikesed saared järk -järgult lehtedeks, moodustades lõpuks pideva õhukese kile. Kasvumehhanismi mõjutavad sellised tegurid nagu materiaalsed omadused, substraadi pinna olek, sadestumistemperatuur ja sadestumise kiirus.

C. Materjaliteaduse põhialused

Tavalised kattematerjalid ja nende omadused

Tavaliste kattematerjalide hulka kuuluvad metalle (näiteks alumiinium, kuld, plaatina), pooljuhid (nagu räni ja germaanium), keraamika (näiteks alumiiniumoksiid ja räni nitriid) ning orgaanilised materjalid (näiteks polümeerid). Erinevatel materjalidel on erinevad füüsikalised ja keemilised omadused ning kattematerjalide valimisel tuleb kaaluda nende jõudlusnõudeid konkreetsetes rakendustes.

Materiaalse valiku põhimõtted ja standardid

Materjali valiku põhimõtted hõlmavad keemilist stabiilsust, mehaanilisi omadusi, optilisi omadusi ja elektrilisi omadusi. Standardid hõlmavad tavaliselt materjalide puhtust, osakeste suurust, lisandite sisaldust jms, et tagada õhukeste kilede kvaliteet ja funktsionaalsed omadused.

Vaakumkatte peamised meetodid ja põhimõtted

A. Füüsiline aurude ladestumine (PVD)

Ülevaade ja klassifikatsioon

Füüsiline aurude sadestumine (PVD) on tehnika, mis kasutab füüsilisi protsesse materjalide ladestamiseks substraadi pinnale. Peamised kategooriad hõlmavad aurustumiskatteid, pritsimist ja ioonide plaatimist.

Konkreetsed protsessi põhimõtted ja sammud

Aurustav kate: materjal aurustub kõrgel temperatuuril ja ladestub substraadil vaakumisüsteemi kaudu õhukese kile. Tavaliste soojusallikate hulka kuuluvad vastupidavuse kuumutamine ja elektronkiire kuumutamine.

Pritsimine: inertsete gaasiioonidega pommitades pritsitakse sihtmaterjali aatomid õhukese kile moodustamiseks substraadile. Levinumad meetodid hõlmavad alalisvoolu pritsimist ja RF -pritsimist.

Ioonplaatimine: iooniallika toimimisel kiirendatakse ioniseeritud materjale substraadile ladestumiseks, mida tavaliselt kasutatakse kõrge kareduskatte valmistamiseks.

Eelised, puudused ja rakenduse ulatus

PVD -tehnoloogia eelised hõlmavad õhukest kiletihedust, tugevat adhesiooni ja madala protsessi temperatuuri

, kuid seadmed on keerulised ja kulud on kõrged. Sobib metalli, sulami ja keraamiliste õhukeste kilede valmistamiseks, mida kasutatakse laialdaselt elektroonika, optika ja kaunistamise valdkonnas.

B. Keemiline aurude ladestumine (CVD)

CVD põhikontseptsioon

Keemiline aurude ladestumine (CVD) on tehnika õhukeste kilede ladestamiseks substraadi pinnale keemiliste reaktsioonide kaudu. Reaktsioonigaas laguneb või läbib keemilisi reaktsioone kõrgetel temperatuuridel, tekitades tahkeid ladestusi.

Erinevad CVD -meetodid

Madala rõhuga CVD (LPCVD): reageerib madala rõhu keskkonnas, millel on kõrge kile kvaliteet ja hea ühtlus, mis sobib pooljuhtide tööstusele.

Plasma täiustatud CVD (PECVD): keemiliste reaktsioonide kiirendamiseks ja reaktsioonitemperatuuri vähendamiseks plasma kasutamine, mis sobib temperatuuritundlike materjalide jaoks.

Metallist orgaaniline keemiline aurude ladestumine (MOCVD): kasutades eelkäijatena metallist orgaanilisi ühendeid, sobib see keerukate ühendikeste kilede, näiteks III-V pooljuhtmaterjalide valmistamiseks.

Protsessi omadused ja rakenduse näited

CVD -protsessi omadused on tihe kile, kõrge puhtus ja hea ühtlus, kuid kõrge temperatuur ja keeruline seadmed. Kasutatakse laialdaselt pooljuhtseadmetes, päikesepatareides, optilistes kattetes ja muudes väljades.

C. aatomkihi ladestumine (ALD)

ALD ainulaadne mehhanism ja sammud

Aatomkihi ladestumine (ALD) on tehnika, mis kontrollib täpselt õhukeste kilede paksust, varustades vaheldumisi eelkäija gaasi ja reaktsioonigaasi ning ladestava aatomikihi kihi kihina substraadi pinnal. Selle ainulaadne ise piirav reaktsioonimehhanism võimaldab nanomõõtmele kile paksust täpset kontrolli.

Võrdlus PVD ja CVD -ga

Võrreldes PVD ja CVD -ga, seisnevad ALD eelised kile paksuse täpse kontrolli, suure ühtluse ja tugeva võime üle katta keerulisi struktuure. Kuid sadestumiskiirus on aeglasem, muutes selle sobivaks rakenduste jaoks, mis nõuavad äärmiselt suurt täpsust ja ühtlust.

rakenduse väljavaade

ALD -tehnoloogial on laialdased rakendusprobleemid sellistes valdkondades nagu mikroelektroonika, nanotehnoloogia ja biomeditsiin, näiteks kõrge K -dielektriliste kilede, nanojuhtmete ja biosensorite valmistamine.

Vaakumkatteseadmed ja protsesside voog

A. Tüüpiline vaakumkatteseadmed

Kattemasina põhistruktuur

Tüüpilised katteseadmed hõlmavad vaakumkambreid, ekstraheerimissüsteeme, küttesüsteeme, juhtimissüsteeme ja katteallikaid. Vaakumkamber pakub madalrõhukeskkonda, vaakumi saamiseks ja hooldamiseks kasutatakse pumpamissüsteemi, katteallikas pakub materjale ning juhtimissüsteemi jälgib ja reguleerib protsessi parameetreid.

Ühised seadme tüübid

Aurustav kattemasin: materjal aurustatakse ja ladestub substraadile takistuse kuumutamise või elektronkiire kuumutamise kaudu.

Pritsimismasin: sihtmaterjali aatomid pritsitakse substraadile läbi magnetroni pritsimise või raadiosageduse pritsimise.

Ioonplaadiseadmed: iooniallika kasutamine kõrge energiaga ioontalade genereerimiseks õhukeste kilede hoiustamiseks, mida tavaliselt kasutatakse kõvade kattete valmistamisel.

B. Protsessivool

Töötlemiseelne protsess

Enne kattekihti tuleb substraadi pind puhastada ja eeltöödelda, et eemaldada pinna saasteained ja oksiidikihid, tagades kile adhesiooni ja ühtluse. Ühiste meetodite hulka kuulub ultraheli puhastamine, keemiline puhastamine ja plasmapuhastus.

Katteprotsess

Katteprotsessi võti on juhtimisparameetrite optimeerimine, sealhulgas vaakum, temperatuur, gaasi voolukiirus ja sadestumiskiirus. Need parameetrid mõjutavad otseselt filmi kvaliteeti ja jõudlust.

Järeltöötlusprotsess

Pärast kattekihti nõuab kile füüsikaliste ja keemiliste omaduste ja stabiilsuse parandamiseks sageli ravijärgset ravi, näiteks lõõmutamine ja passiivne.

C. Protsessi juhtimine ja optimeerimine

Parameetrite, näiteks vaakumi kraad, temperatuur, atmosfäär jne, juhtimine

Täpselt kontrolliga vaakumkraadi, sadestumistemperatuuri ja gaasi koostist saab optimeerida õhukeste kilede kasvuprotsessi ning kilede ühtlust ja jõudlust saab parandada.

Katte paksuse ja ühtluse kontroll

Kasutades veebipõhiseid seiretehnoloogiaid nagu kvartskristallide mikrotasakaalu ja optilise jälgimissüsteemi, on kile kvaliteedi tagamiseks saavutada katte paksuse ja ühtluse reaalajas jälgimine ja juhtimine.

Kvaliteeditestimis- ja hindamismeetodid

Killekvaliteedi tuvastamine hõlmab füüsikaliste, keemiliste ja mehaaniliste omaduste, näiteks kile paksuse, pinna morfoloogia, kompositsiooni analüüsi, adhesiooni, kõvaduse jms hindamist jne. Ühiste meetodite hulka kuuluvad skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM), aatomjõu mikroskoopia (AFM), röntgendifraktsioon (XRD) ja spektroskoopiline analüüs.

Rakendusnäited vaakumkattest

A. Elektroonika ja pooljuhttööstus

Integreeritud vooluringi tootmine

Vaakumkatte tehnoloogiat kasutatakse integreeritud vooluahela tootmisel metallide ühendamise kihtide, isolatsioonikihtide ja kaitsekihtide hoiustamiseks. Täpne kattekatteprotsess tagab vooluringi jõudluse ja töökindluse.

Kattehnoloogia kuvarite ja andurite jaoks

Kuvari tootmisel kasutatakse vaakumkatteid läbipaistvate juhtivate kilede ja optiliste kilede deponeerimiseks; Andurite tootmisel kasutatakse kattetehnoloogiat tundlike komponentide ja kaitsekihtide valmistamiseks, parandades andurite tundlikkust ja vastupidavust.

B. Optika ja optoelektroonika

Optiliste õhukeste kilede tüübid ja rakendused

Optiliste õhukeste kilede hulka kuuluvad peegeldavad kiled, peegeldavad kiled, filterfilmid ja peegeldavad filmid. Täpselt kontrollides kilede paksust ja optilisi omadusi, võib saavutada spetsiifilised optilised efektid, näiteks vähendamine peegelduse vähendamine, läbilaskvuse suurendamine ja selektiivne filtreerimine.

Katte rakendamine laserites ja optilistes seadmetes

Laserites ja optilistes seadmetes kasutatakse vaakumkatete tehnoloogiat suure jõudlusega peeglite, akende ja läätsede tootmiseks, parandades optiliste süsteemide tõhusust ja stabiilsust.

C. Mehaanilised ja kaitsevad rakendused

Kõva katmine ja kulumiskindel kate

Tugevad katted ja kulumiskindlad katted valmistatakse vaakumkatte tehnoloogia kaudu ning neid kasutatakse laialdaselt tööriistades, vormide ja mehaaniliste osadena, et parandada nende kulumiskindlust ja kasutusajast.

Korrosioonivastaste kattete rakendamine

Korrosioonivastased katted ladestavad metalli pinnale vaakumkatte tehnoloogia kaudu kiht korrosioonikindlaid materjale, näiteks kroomi ja titaani, et suurendada selle korrosioonikindlust ja pikendada seadmete kasutusaega.

D. Rakendused arenevates väljades

Vaakumkate nanotehnoloogias

Nanotehnoloogias kasutatakse vaakumkatet nanoskaala struktuuride ja õhukeste kilede, näiteks nanojuhtmete, nanoosakeste ja kvantpunktide valmistamiseks, mida rakendatakse sellistes väljades nagu elektroonika, optoelektroonika ja katalüüs.

Biomeditsiinilised rakendused

Vaakumkatte tehnoloogiat kasutatakse biomeditsiiniliste kattete tootmiseks bioühilduvate kilede, andurite ja meditsiiniseadmete pindadel, parandades nende jõudlust ja ohutust.