Le principe du revêtement sous vide est révélé: fondation technique, flux de processus et application de l'industrie

Il s'agit d'un processus de dépôt de matériaux sur une surface de substrat utilisant des méthodes physiques ou chimiques dans un environnement à basse pression pour former un film mince. Grâce à cette technologie, des dépôts à couches minces de haute pureté et de haute précision peuvent être réalisés, ce qui lui donne des propriétés optiques, électriques, mécaniques et autres spécifiques. Par conséquent, le revêtement sous vide a une valeur d'application importante dans l'industrie moderne. Par exemple, dans la fabrication de semi-conducteurs, le revêtement à vide est utilisé pour produire diverses couches fonctionnelles sur des plaquettes; Dans le domaine de l'optique, les effets anti-réflexion et anti-réflexion peuvent être obtenus par revêtement; Dans la fabrication mécanique,revêtement à videPeut améliorer la résistance à l'usure et la résistance à la corrosion des composants.

Théorie de base du revêtement sous vide

A. Fondamentaux de la technologie du vide

1. Définition et mesure du vide

Le vide fait référence à un environnement gazier sous une pression atmosphérique (760 millimètres de mercure, 101325 PA). Selon les différents degrés de vide, le vide peut être divisé en vide faible, vide moyen, vide élevé et vide ultra-élevé. La mesure du degré d'aspiration est généralement effectuée à l'aide de manches de pression, telles que les manomètres MacLehose, les jauges de pirani et les jauges de cathode froide.

2. Méthode d'acquisition de vide

Pompe mécanique: pompes mécaniques à décharger le gaz par mouvement mécanique, y compris couramment les pompes à palettes rotatives et les pompes à diaphragme. Ces pompes conviennent à l'obtention d'un vide faible et moyen.

Pompe moléculaire: une pompe moléculaire utilise un rotor rotatif à grande vitesse pour expulser mécaniquement le gaz, adapté à l'obtention d'un vide élevé et ultra-élevé.

Turbopump: la pompe turbomoléculaire combine les avantages de la pompe mécanique et de la pompe moléculaire, atteignant un pompage efficace à travers des lames rotatives à plusieurs étapes et est largement utilisé dans les systèmes à vide élevé.

B. Physique des couches minces

Classification et propriétés de base des films minces

Selon la méthode et le but de la préparation, les films minces peuvent être divisés en films métalliques, films en céramique, films polymères, etc. Les propriétés de base des films minces comprennent l'épaisseur, l'uniformité, l'adhésion, la dureté, les propriétés optiques (telles que la transmittance et la réflectivité) et les propriétés électriques (telles que la conductivité et la constante diélectrique).

Le processus de base et le mécanisme de la croissance des couches minces

Le processus de croissance des films minces comprend généralement des stades tels que la nucléation, la croissance insulaire, la croissance contigu et en couches. La nucléation est le stade initial dans lequel les atomes ou les molécules se rassemblent sur la surface du substrat pour former de petites îles; Au fil du temps, ces petites îles se connectent progressivement à des feuilles, formant finalement un film mince continu. Le mécanisme de croissance est influencé par des facteurs tels que les propriétés des matériaux, l'état de surface du substrat, la température de dépôt et le taux de dépôt.

C. Fondamentaux de la science des matériaux

Matériaux de revêtement communs et leurs caractéristiques

Les matériaux de revêtement communs comprennent les métaux (comme l'aluminium, l'or, le platine), les semi-conducteurs (comme le silicium et le germanium), la céramique (comme l'oxyde d'aluminium et le nitrure de silicium) et les matériaux organiques (tels que les polymères). Différents matériaux ont des propriétés physiques et chimiques différentes, et lors de la sélection des matériaux de revêtement, leurs exigences de performance dans des applications spécifiques doivent être prises en compte.

Principes et normes de sélection des matériaux

Les principes de la sélection des matériaux comprennent la stabilité chimique, les propriétés mécaniques, les propriétés optiques et les propriétés électriques. Les normes impliquent généralement la pureté, la taille des particules, la teneur en impureté, etc. des matériaux pour assurer la qualité et les caractéristiques fonctionnelles des films minces.

Les principales méthodes et principes du revêtement sous vide

A. Dépôt physique de vapeur (PVD)

Aperçu et classification

Le dépôt de vapeur physique (PVD) est une technique qui utilise des processus physiques pour déposer des matériaux sur la surface du substrat. Les principales catégories comprennent le revêtement d'évaporation, le revêtement de pulvérisation et le placage en ions.

Principes et étapes de processus spécifiques

Évaporation du revêtement: le matériau s'évapore à haute température et dépose un film mince sur le substrat via un système de vide. Les sources de chaleur courantes comprennent le chauffage de résistance et le chauffage des faisceaux d'électrons.

Bafouillage de pulvérisation: En bombardant des ions de gaz inertes, les atomes de matériau cible sont pulvérisés sur le substrat pour former un film mince. Les méthodes courantes incluent la pulvérisation DC et la pulvérisation RF.

Placage ionique: Sous l'action d'une source d'ions, les matériaux ionisés sont accélérés pour se déposer sur le substrat, couramment utilisés pour préparer des revêtements de dureté élevés.

Avantages, inconvénients et portée de l'application

Les avantages de la technologie PVD incluent une densité de couches minces, une forte adhérence et une faible température de processus

, mais l'équipement est complexe et le coût est élevé. Convient pour la préparation des films minces métalliques, alliages et céramiques, largement utilisés dans les champs de l'électronique, de l'optique et de la décoration.

B. Dépôt de vapeur chimique (CVD)

Le concept de base de CVD

Le dépôt chimique de vapeur (CVD) est une technique de dépôt de couches minces sur une surface de substrat par des réactions chimiques. Le gaz de réaction se décompose ou subit des réactions chimiques à des températures élevées, générant des dépôts solides.

Diverses méthodes CVD

CVD à basse pression (LPCVD): réagit dans un environnement à basse pression, avec une qualité de film élevée et une bonne uniformité, adaptée à l'industrie des semi-conducteurs.

CVD amélioré du plasma (PECVD): en utilisant le plasma pour accélérer les réactions chimiques et réduire la température de réaction, adaptée aux matériaux sensibles à la température.

Dépôt de vapeur chimique organique métallique (MOCVD): en utilisant des composés organiques métalliques comme précurseurs, il convient pour préparer des films minces de composés complexes, tels que les matériaux semi-conducteurs III-V.

Caractéristiques de processus et exemples d'application

Les caractéristiques du processus de MCV sont des films denses, de la haute pureté et une bonne uniformité, mais une température élevée et un équipement complexe. Largement utilisé dans les dispositifs semi-conducteurs, les cellules solaires, les revêtements optiques et autres champs.

C. dépôt de couche atomique (ALD)

Le mécanisme unique et les étapes de l'ALD

Le dépôt de couche atomique (ALD) est une technique qui contrôle avec précision l'épaisseur des films minces en fournissant alternativement le gaz précurseur et le gaz de réaction, et en déposant la couche de couches atomiques par couche sur la surface du substrat. Son mécanisme de réaction auto-limitant unique permet un contrôle précis de l'épaisseur du film à l'échelle nanométrique.

Comparaison avec le PVD et les MCV

Par rapport au PVD et à la MCV, les avantages de l'ALD se trouvent dans un contrôle précis de l'épaisseur du film, de l'uniformité élevée et de la forte capacité à couvrir les structures complexes. Cependant, la vitesse de dépôt est plus lente, ce qui le rend adapté aux applications qui nécessitent une précision et une uniformité extrêmement élevées.

perspective de demande

La technologie ALD a de larges perspectives d'application dans des domaines tels que la microélectronique, la nanotechnologie et la biomédecine, tels que la préparation de films diélectriques élevés, de nanofils et de biocapteurs.

Équipement de revêtement à vide et flux de processus

A. Équipement de revêtement à vide typique

La structure de base de la machine à revêtement

L'équipement de revêtement typique comprend des chambres à vide, des systèmes d'extraction, des systèmes de chauffage, des systèmes de contrôle et des sources de revêtement. La chambre à vide fournit un environnement à basse pression, le système de pompage est utilisé pour obtenir et maintenir le vide, la source de revêtement fournit des matériaux et le système de contrôle surveille et ajuste les paramètres du processus.

Types d'appareils communs

Machine de revêtement évaporative: Le matériau est évaporé et déposé sur le substrat par le chauffage de résistance ou le chauffage du faisceau d'électrons.

Machine de revêtement de pulvérisation: Les atomes de matériaux cibles sont pulvérisés sur le substrat par pulvérisation magnétron ou bafouting radiofréquence.

Équipement de placage en ions: en utilisant une source d'ions pour générer des faisceaux d'ions à haute énergie pour déposer des films minces, couramment utilisés dans la préparation de revêtements durs.

B. flux de processus

Processus pré-traitement

Avant le revêtement, la surface du substrat doit être nettoyée et prétraitée pour éliminer les polluants de surface et les couches d'oxyde, assurant l'adhésion et l'uniformité du film. Les méthodes courantes incluent le nettoyage à ultrasons, le nettoyage chimique et le nettoyage du plasma.

Processus de revêtement

La clé du processus de revêtement est l'optimisation des paramètres de contrôle, y compris le degré de vide, la température, le débit de gaz et le taux de dépôt. Ces paramètres affectent directement la qualité et les performances du film.

Processus de post-traitement

Le film après revêtement nécessite souvent un post-traitement, comme le recuit et la passivation, pour améliorer les propriétés physiques et chimiques et la stabilité du film.

C. Contrôle et optimisation du processus

Contrôle des paramètres tels que le degré de vide, la température, l'atmosphère, etc.

En contrôlant précisément le degré de vide, la température du dépôt et la composition du gaz, le processus de croissance des films minces peut être optimisé et l'uniformité et les performances des films peuvent être améliorées.

Contrôle de l'épaisseur et de l'uniformité du revêtement

En utilisant des technologies de surveillance en ligne telles que le système de microbalance cristalline de quartz et de surveillance optique, la surveillance et le contrôle en temps réel de l'épaisseur et de l'uniformité du revêtement peuvent être obtenus pour garantir la qualité du film.

Méthodes de test et d'évaluation de qualité

La détection de la qualité du film comprend l'évaluation des propriétés physiques, chimiques et mécaniques, telles que l'épaisseur du film, la morphologie de surface, l'analyse de la composition, l'adhésion, la dureté, etc. Les méthodes courantes incluent la microscopie électronique à balayage (SEM), la microscopie à force atomique (AFM), la diffraction des rayons X (XRD) et l'analyse spectroscopiques.

Exemples d'application de revêtement sous vide

A. Industrie de l'électronique et des semi-conducteurs

Fabrication de circuits intégrés

La technologie du revêtement à vide est utilisée dans la fabrication de circuits intégrés pour déposer des couches d'interconnexion métallique, des couches d'isolation et des couches de protection. Le processus de revêtement de haute précision garantit les performances et la fiabilité du circuit.

Technologie du revêtement pour les affichages et les capteurs

Dans la fabrication d'affichage, le revêtement à vide est utilisé pour déposer des films conducteurs transparents et des films optiques; Dans la fabrication de capteurs, la technologie de revêtement est utilisée pour préparer des composants sensibles et des couches de protection, améliorant la sensibilité et la durabilité des capteurs.

B. optique et optoélectronique

Types et applications de films minces optiques

Les films minces optiques incluent des films anti-réfléchissants, des films anti-réfléchissants, des films filtrants et des films réfléchissants. En contrôlant avec précision l'épaisseur et les propriétés optiques des films, des effets optiques spécifiques peuvent être obtenus, tels que la réduction de la réflexion, l'amélioration de la transmittance et le filtrage sélectif.

L'application du revêtement dans les lasers et les dispositifs optiques

Dans les lasers et les dispositifs optiques, la technologie du revêtement à vide est utilisée pour fabriquer des miroirs, des fenêtres et des lentilles de haute performance, améliorant l'efficacité et la stabilité des systèmes optiques.

C. Applications mécaniques et protecteurs

Revêtement dur et revêtement résistant à l'usure

Les revêtements durs et les revêtements résistants à l'usure sont préparés par la technologie du revêtement sous vide et largement utilisés dans les outils, les moules et les pièces mécaniques pour améliorer leur résistance à l'usure et leur durée de vie.

Application de revêtements anti-corrosion

Les revêtements anti-corrosion déposent une couche de matériaux résistants à la corrosion, tels que le chrome et le titane, sur la surface métallique par la technologie du revêtement sous vide pour améliorer sa résistance à la corrosion et prolonger la durée de vie de l'équipement.

D. Applications dans les champs émergents

Revêtement à vide en nanotechnologie

En nanotechnologie, le revêtement à vide est utilisé pour préparer les structures à l'échelle nanométrique et les couches minces, telles que les nanofils, les nanoparticules et les points quantiques, appliqués dans des champs tels que l'électronique, l'optoélectronique et la catalyse.

Applications biomédicales

La technologie du revêtement sous vide est utilisée dans des applications biomédicales pour fabriquer des revêtements fonctionnels sur des films biocompatibles, des capteurs et des surfaces de dispositifs médicaux, améliorant leurs performances et leur sécurité.