Prinsip salutan vakum diturunkan: asas teknikal, aliran proses, dan aplikasi industri

Ia adalah proses mendepositkan bahan ke permukaan substrat menggunakan kaedah fizikal atau kimia dalam persekitaran tekanan rendah untuk membentuk filem nipis. Melalui teknologi ini, kepekaan tinggi dan pemendapan filem nipis yang tinggi dapat dicapai, memberikan sifat optik, elektrik, mekanikal dan lain-lain. Oleh itu, salutan vakum mempunyai nilai aplikasi penting dalam industri moden. Sebagai contoh, dalam pembuatan semikonduktor, salutan vakum digunakan untuk menghasilkan pelbagai lapisan berfungsi pada wafer; Dalam bidang optik, anti refleksi dan kesan anti refleksi dapat dicapai melalui salutan; Dalam pembuatan mekanikal,Salutan vakumboleh meningkatkan rintangan haus dan rintangan kakisan komponen.

Teori asas salutan vakum

A. Asas Teknologi Vakum

1. Definisi dan pengukuran vakum

Vakum merujuk kepada persekitaran gas di bawah satu tekanan atmosfera (760 milimeter merkuri, 101325 PA). Menurut tahap vakum yang berlainan, vakum boleh dibahagikan kepada vakum rendah, vakum sederhana, vakum tinggi, dan vakum ultra tinggi. Pengukuran ijazah vakum biasanya dijalankan menggunakan alat pengukur tekanan, seperti alat pengukur tekanan MacLehose, alat pengukur pirani, dan alat pengukur katod sejuk.

2. Kaedah pengambilalihan vakum

Pam mekanikal: Pam mekanikal melepaskan gas melalui pergerakan mekanikal, biasanya termasuk pam vane berputar dan pam diafragma. Pam ini sesuai untuk mendapatkan vakum rendah dan sederhana.

Pam molekul: Pam molekul menggunakan pemutar berputar berkelajuan tinggi untuk mengeluarkan gas secara mekanikal, sesuai untuk mendapatkan vakum tinggi dan ultra tinggi.

Turbopump: Pam turbomolekul menggabungkan kelebihan pam mekanikal dan pam molekul, mencapai pam yang cekap melalui bilah berputar pelbagai peringkat, dan digunakan secara meluas dalam sistem vakum yang tinggi.

B. Fizik Filem Tipis

Klasifikasi dan sifat asas filem nipis

Menurut kaedah dan tujuan penyediaan, filem -filem nipis boleh dibahagikan kepada filem -filem logam, filem seramik, filem polimer, dan lain -lain. Ciri -ciri asas filem nipis termasuk ketebalan, keseragaman, lekatan, kekerasan, sifat optik (seperti transmisi dan pemantulan), dan sifat -sifat elektrik.

Proses asas dan mekanisme pertumbuhan filem nipis

Proses pertumbuhan filem nipis biasanya termasuk peringkat seperti nukleasi, pertumbuhan pulau, pertumbuhan bersebelahan dan berlapis. Nukleasi adalah peringkat awal di mana atom atau molekul berkumpul di permukaan substrat untuk membentuk pulau -pulau kecil; Menjelang masa berlalu, pulau -pulau kecil ini secara beransur -ansur menyambung ke dalam lembaran, akhirnya membentuk filem nipis yang berterusan. Mekanisme pertumbuhan dipengaruhi oleh faktor -faktor seperti sifat bahan, keadaan permukaan substrat, suhu pemendapan, dan kadar pemendapan.

C. Asas Sains Bahan

Bahan salutan biasa dan ciri -ciri mereka

Bahan salutan biasa termasuk logam (seperti aluminium, emas, platinum), semikonduktor (seperti silikon dan germanium), seramik (seperti aluminium oksida dan silikon nitrida), dan bahan organik (seperti polimer). Bahan yang berbeza mempunyai sifat fizikal dan kimia yang berbeza, dan apabila memilih bahan salutan, keperluan prestasi mereka dalam aplikasi tertentu perlu dipertimbangkan.

Prinsip dan piawaian untuk pemilihan bahan

Prinsip pemilihan bahan termasuk kestabilan kimia, sifat mekanikal, sifat optik, dan sifat elektrik. Piawaian biasanya melibatkan kesucian, saiz zarah, kandungan kekotoran, dan lain -lain bahan untuk memastikan ciri -ciri kualiti dan fungsi filem nipis.

Kaedah utama dan prinsip salutan vakum

A. pemendapan wap fizikal (PVD)

Gambaran Keseluruhan dan Klasifikasi

Pemendapan wap fizikal (PVD) adalah teknik yang menggunakan proses fizikal untuk mendepositkan bahan ke permukaan substrat. Kategori utama termasuk salutan penyejatan, salutan sputtering, dan penyaduran ion.

Prinsip dan langkah proses tertentu

Salutan penyejatan: Bahan menguap pada suhu tinggi dan mendepositkan filem nipis pada substrat melalui sistem vakum. Sumber haba yang biasa termasuk pemanasan rintangan dan pemanasan rasuk elektron.

Sputtering Coating: Dengan membombardir dengan ion gas lengai, atom bahan sasaran dipancarkan ke substrat untuk membentuk filem nipis. Kaedah umum termasuk Sputtering DC dan Sputtering RF.

Penyaduran ion: Di bawah tindakan sumber ion, bahan -bahan terionisasi dipercepatkan untuk mendepositkan ke substrat, yang biasa digunakan untuk menyediakan lapisan kekerasan yang tinggi.

Kelebihan, Kekurangan, dan Skop Permohonan

Kelebihan teknologi PVD termasuk ketumpatan filem nipis, lekatan kuat, dan suhu proses yang rendah

, tetapi peralatannya kompleks dan kosnya tinggi. Sesuai untuk penyediaan filem logam, aloi, dan seramik, digunakan secara meluas dalam bidang elektronik, optik, dan hiasan.

B. Pemendapan Wap Kimia (CVD)

Konsep asas CVD

Pemendapan wap kimia (CVD) adalah teknik untuk mendepositkan filem nipis pada permukaan substrat melalui tindak balas kimia. Gas tindak balas mengurai atau menjalani tindak balas kimia pada suhu tinggi, menghasilkan deposit pepejal.

Pelbagai kaedah CVD

CVD tekanan rendah (LPCVD): bertindak balas dalam persekitaran tekanan rendah, dengan kualiti filem yang tinggi dan keseragaman yang baik, sesuai untuk industri semikonduktor.

Plasma dipertingkatkan CVD (PECVD): Menggunakan plasma untuk mempercepatkan tindak balas kimia dan mengurangkan suhu tindak balas, sesuai untuk bahan sensitif suhu.

Pemendapan wap kimia organik logam (MOCVD): Menggunakan sebatian organik logam sebagai prekursor, ia sesuai untuk menyediakan filem-filem nipis kompaun kompleks, seperti bahan semikonduktor III-V.

Ciri -ciri proses dan contoh aplikasi

Ciri -ciri proses CVD adalah filem padat, kesucian yang tinggi, dan keseragaman yang baik, tetapi suhu tinggi dan peralatan kompleks. Digunakan secara meluas dalam peranti semikonduktor, sel solar, lapisan optik dan bidang lain.

C. Pemendapan Lapisan Atom (ALD)

Mekanisme unik dan langkah ALD

Pemendapan lapisan atom (ALD) adalah teknik yang betul -betul mengawal ketebalan filem nipis dengan secara bergantian membekalkan gas prekursor dan gas reaksi, dan mendepositkan lapisan lapisan atom oleh lapisan pada permukaan substrat. Mekanisme tindak balas yang mengehadkan diri yang unik membolehkan kawalan ketebalan filem yang tepat kepada nanoscale.

Perbandingan dengan PVD dan CVD

Berbanding dengan PVD dan CVD, kelebihan ALD terletak pada kawalan ketebalan filem yang tepat, keseragaman yang tinggi, dan keupayaan yang kuat untuk menampung struktur kompleks. Walau bagaimanapun, kelajuan pemendapan lebih perlahan, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan ketepatan dan keseragaman yang sangat tinggi.

prospek permohonan

Teknologi ALD mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam bidang seperti mikroelektronik, nanoteknologi, dan bioperubatan, seperti penyediaan filem di dielektrik tinggi, nanowires, dan biosensor.

Peralatan salutan vakum dan aliran proses

A. Peralatan salutan vakum biasa

Struktur asas mesin salutan

Peralatan salutan biasa termasuk ruang vakum, sistem pengekstrakan, sistem pemanasan, sistem kawalan, dan sumber salutan. Ruang vakum menyediakan persekitaran tekanan rendah, sistem pam digunakan untuk mendapatkan dan mengekalkan vakum, sumber salutan menyediakan bahan, dan sistem kawalan memantau dan menyesuaikan parameter proses.

Jenis peranti biasa

Mesin salutan penyejatan: Bahan disejat dan didepositkan ke substrat melalui pemanasan rintangan atau pemanasan rasuk elektron.

Mesin salutan sputtering: Atom bahan sasaran dipancarkan ke substrat melalui sputtering magnetron atau sputtering frekuensi radio.

Peralatan penyaduran ion: Menggunakan sumber ion untuk menjana rasuk ion tenaga tinggi untuk mendepositkan filem nipis, yang biasa digunakan dalam penyediaan salutan keras.

B. Aliran proses

Proses pemprosesan pra

Sebelum salutan, permukaan substrat perlu dibersihkan dan dipersiapkan untuk menghilangkan bahan pencemar permukaan dan lapisan oksida, memastikan lekatan dan keseragaman filem. Kaedah umum termasuk pembersihan ultrasonik, pembersihan kimia, dan pembersihan plasma.

Proses salutan

Kunci proses salutan adalah pengoptimuman parameter kawalan, termasuk ijazah vakum, suhu, kadar aliran gas, dan kadar pemendapan. Parameter ini secara langsung mempengaruhi kualiti dan prestasi filem.

Proses pemprosesan pos

Filem selepas salutan sering memerlukan rawatan pasca, seperti penyepuhlindapan dan passivasi, untuk memperbaiki sifat fizikal dan kimia dan kestabilan filem.

C. Kawalan dan pengoptimuman proses

Kawalan parameter seperti ijazah vakum, suhu, atmosfera, dll

Dengan tepat mengawal ijazah vakum, suhu pemendapan, dan komposisi gas, proses pertumbuhan filem nipis dapat dioptimumkan, dan keseragaman dan prestasi filem dapat diperbaiki.

Kawalan ketebalan salutan dan keseragaman

Dengan menggunakan teknologi pemantauan dalam talian seperti sistem pemantauan kristal kuarza dan pemantauan optik, pemantauan masa nyata dan kawalan ketebalan salutan dan keseragaman dapat dicapai untuk memastikan kualiti filem.

Kaedah ujian dan penilaian kualiti

Pengesanan kualiti filem termasuk penilaian sifat fizikal, kimia, dan mekanikal, seperti ketebalan filem, morfologi permukaan, analisis komposisi, lekatan, kekerasan, dan lain-lain. Kaedah umum termasuk pengimbasan mikroskopi elektron (SEM), mikroskop daya atom (AFM), difraksi sinar-X (XRD), dan analisis spectroscopic.

Contoh permohonan salutan vakum

A. Industri Elektronik dan Semikonduktor

Pembuatan litar bersepadu

Teknologi salutan vakum digunakan dalam pembuatan litar bersepadu untuk mendepositkan lapisan sambungan logam, lapisan penebat, dan lapisan pelindung. Proses salutan ketepatan tinggi memastikan prestasi litar dan kebolehpercayaan.

Teknologi salutan untuk paparan dan sensor

Dalam pembuatan paparan, salutan vakum digunakan untuk mendepositkan filem konduktif telus dan filem optik; Dalam pembuatan sensor, teknologi salutan digunakan untuk menyediakan komponen sensitif dan lapisan perlindungan, meningkatkan kepekaan dan ketahanan sensor.

B. Optik dan Optoelektronik

Jenis dan aplikasi filem nipis optik

Filem nipis optik termasuk filem anti reflektif, filem anti reflektif, filem penapis, dan filem reflektif. Dengan mengendalikan ketebalan dan sifat optik filem -filem yang tepat, kesan optik tertentu dapat dicapai, seperti mengurangkan refleksi, meningkatkan transmisi, dan penapisan selektif.

Permohonan salutan di laser dan peranti optik

Dalam laser dan peranti optik, teknologi salutan vakum digunakan untuk mengeluarkan cermin prestasi tinggi, tingkap, dan kanta, meningkatkan kecekapan dan kestabilan sistem optik.

C. Aplikasi mekanikal dan pelindung

Salutan keras dan salutan tahan haus

Lapisan keras dan lapisan tahan haus disediakan melalui teknologi salutan vakum dan digunakan secara meluas dalam alat, acuan, dan bahagian mekanikal untuk meningkatkan rintangan haus dan hayat perkhidmatan mereka.

Permohonan salutan anti-karat

Salutan anti kakisan mendepositkan lapisan bahan tahan kakisan, seperti kromium dan titanium, di permukaan logam melalui teknologi salutan vakum untuk meningkatkan rintangan kakisannya dan memanjangkan hayat perkhidmatan peralatan.

D. Aplikasi dalam bidang baru muncul

Salutan vakum dalam nanoteknologi

Dalam nanoteknologi, salutan vakum digunakan untuk menyediakan struktur nanoscale dan filem nipis, seperti nanowires, nanopartikel, dan titik kuantum, yang digunakan dalam bidang seperti elektronik, optoelektronik, dan pemangkinan.

Aplikasi Bioperubatan

Teknologi salutan vakum digunakan dalam aplikasi bioperubatan untuk mengeluarkan lapisan berfungsi pada filem, sensor, dan permukaan peranti perubatan, meningkatkan prestasi dan keselamatan mereka.