Ang prinsipyo ng vacuum coating ay ipinahayag: Teknikal na pundasyon, daloy ng proseso, at aplikasyon ng industriya

Ito ay isang proseso ng pagdeposito ng mga materyales sa isang ibabaw ng substrate gamit ang mga pamamaraan ng pisikal o kemikal sa isang mababang presyon na kapaligiran upang makabuo ng isang manipis na pelikula. Sa pamamagitan ng teknolohiyang ito, maaaring makamit ang mataas na kadalisayan at pag-aalis ng manipis na pag-aalis ng pelikula, na nagbibigay ito ng tiyak na optical, electrical, mechanical at iba pang mga pag-aari. Samakatuwid, ang vacuum coating ay may mahalagang halaga ng aplikasyon sa modernong industriya. Halimbawa, sa pagmamanupaktura ng semiconductor, ginagamit ang vacuum coating upang makabuo ng iba't ibang mga functional layer sa mga wafer; Sa larangan ng optika, ang mga anti na pagmuni -muni at mga epekto ng anti na pagmuni -muni ay maaaring makamit sa pamamagitan ng patong; Sa mekanikal na pagmamanupaktura,patong ng vacuummaaaring mapabuti ang paglaban ng pagsusuot at paglaban ng kaagnasan ng mga sangkap.

Pangunahing teorya ng patong ng vacuum

A. Mga Batayan ng Vacuum Technology

1. Kahulugan at pagsukat ng vacuum

Ang vacuum ay tumutukoy sa isang kapaligiran sa gas sa ilalim ng isang presyon ng atmospera (760 milimetro ng mercury, 101325 PA). Ayon sa iba't ibang mga antas ng vacuum, ang vacuum ay maaaring nahahati sa mababang vacuum, medium vacuum, mataas na vacuum, at ultra-high vacuum. Ang pagsukat ng degree ng vacuum ay karaniwang isinasagawa gamit ang mga gauge ng presyon, tulad ng mga gauge ng presyon ng maclehose, mga pirani gauge, at mga malamig na gauge ng katod.

2. Paraan ng pagkuha ng Vacuum

Mechanical Pump: Mechanical Pumps Discharge Gas sa pamamagitan ng Mekanikal na Kilusan, Karaniwan kasama ang Rotary Vane Pumps at Diaphragm Pumps. Ang mga bomba na ito ay angkop para sa pagkuha ng mababa at katamtamang vacuum.

Molecular Pump: Ang isang molekular na bomba ay gumagamit ng isang high-speed na umiikot na rotor upang mekanikal na paalisin ang gas, na angkop para sa pagkuha ng mataas at ultra-high vacuum.

Turbopump: Pinagsasama ng Turbomolecular Pump ang mga pakinabang ng mekanikal na bomba at molekular na bomba, nakamit ang mahusay na pumping sa pamamagitan ng multi-stage na umiikot na blades, at malawakang ginagamit sa mataas na mga sistema ng vacuum.

B. Thin Film Physics

Pag -uuri at pangunahing mga katangian ng manipis na pelikula

Ayon sa paraan ng paghahanda at layunin, ang mga manipis na pelikula ay maaaring nahahati sa mga metal na pelikula, mga ceramic films, polymer films, atbp.

Ang pangunahing proseso at mekanismo ng manipis na paglago ng pelikula

Ang proseso ng paglago ng mga manipis na pelikula ay karaniwang may kasamang mga yugto tulad ng nucleation, paglaki ng isla, magkasalungat at layered na paglago. Ang nucleation ay ang paunang yugto kung saan ang mga atomo o molekula ay nagtitipon sa ibabaw ng substrate upang mabuo ang mga maliliit na isla; Sa pagdaan ng oras, ang mga maliliit na isla na ito ay unti -unting kumonekta sa mga sheet, sa kalaunan ay bumubuo ng isang tuluy -tuloy na manipis na pelikula. Ang mekanismo ng paglago ay naiimpluwensyahan ng mga kadahilanan tulad ng mga materyal na katangian, estado ng ibabaw ng substrate, temperatura ng pag -aalis, at rate ng pag -aalis.

C. Mga Batayan ng Science Science

Karaniwang mga materyales na patong at ang kanilang mga katangian

Ang mga karaniwang materyales na patong ay may kasamang mga metal (tulad ng aluminyo, ginto, platinum), semiconductors (tulad ng silikon at germanium), keramika (tulad ng aluminyo oxide at silikon nitride), at mga organikong materyales (tulad ng mga polimer). Ang iba't ibang mga materyales ay may iba't ibang mga katangian ng pisikal at kemikal, at kapag ang pagpili ng mga materyales na patong, ang kanilang mga kinakailangan sa pagganap sa mga tiyak na aplikasyon ay kailangang isaalang -alang.

Mga prinsipyo at pamantayan para sa pagpili ng materyal

Ang mga prinsipyo ng pagpili ng materyal ay kinabibilangan ng katatagan ng kemikal, mga katangian ng mekanikal, mga optical na katangian, at mga de -koryenteng katangian. Ang mga pamantayan ay karaniwang nagsasangkot ng kadalisayan, laki ng butil, nilalaman ng karumihan, atbp ng mga materyales upang matiyak ang kalidad at pagganap na mga katangian ng mga manipis na pelikula.

Ang mga pangunahing pamamaraan at prinsipyo ng patong ng vacuum

A. pisikal na pag -aalis ng singaw (PVD)

Pangkalahatang -ideya at pag -uuri

Ang pisikal na pag -aalis ng singaw (PVD) ay isang pamamaraan na gumagamit ng mga pisikal na proseso upang magdeposito ng mga materyales sa ibabaw ng substrate. Kasama sa mga pangunahing kategorya ang pagsingaw ng patong, sputtering coating, at ion plating.

Mga tiyak na prinsipyo at hakbang

Evaporative Coating: Ang materyal ay sumingaw sa mataas na temperatura at nagdeposito ng isang manipis na pelikula sa substrate sa pamamagitan ng isang sistema ng vacuum. Kasama sa mga karaniwang mapagkukunan ng init ang pag -init ng paglaban at pagpainit ng beam ng elektron.

Sputtering Coating: Sa pamamagitan ng pagbomba ng mga inert gas ion, ang mga target na materyal na atom ay sputtered sa substrate upang makabuo ng isang manipis na pelikula. Kasama sa mga karaniwang pamamaraan ang DC sputtering at RF sputtering.

Ion Plating: Sa ilalim ng pagkilos ng isang mapagkukunan ng ion, ang mga materyales na na -ion ay pinabilis na magdeposito sa substrate, na karaniwang ginagamit upang maghanda ng mataas na katigasan ng katigasan.

Mga kalamangan, kawalan, at saklaw ng aplikasyon

Ang mga bentahe ng teknolohiya ng PVD ay may kasamang manipis na density ng pelikula, malakas na pagdirikit, at temperatura ng mababang proseso

, ngunit kumplikado ang kagamitan at mataas ang gastos. Angkop para sa paghahanda ng metal, haluang metal, at ceramic manipis na pelikula, na malawakang ginagamit sa larangan ng electronics, optika, at dekorasyon.

B. Pag -aalis ng singaw ng kemikal (CVD)

Ang pangunahing konsepto ng CVD

Ang Chemical Vapor Deposition (CVD) ay isang pamamaraan ng pagdeposito ng mga manipis na pelikula sa isang ibabaw ng substrate sa pamamagitan ng mga reaksyon ng kemikal. Ang reaksyon ng gas ay nabubulok o sumasailalim sa mga reaksyon ng kemikal sa mataas na temperatura, na bumubuo ng mga solidong deposito.

Iba't ibang mga pamamaraan ng CVD

Mababang Pressure CVD (LPCVD): Tumugon sa isang mababang kapaligiran ng presyon, na may mataas na kalidad ng pelikula at mahusay na pagkakapareho, na angkop para sa industriya ng semiconductor.

Plasma Pinahusay na CVD (PECVD): Paggamit ng plasma upang mapabilis ang mga reaksyon ng kemikal at bawasan ang temperatura ng reaksyon, na angkop para sa mga materyales na sensitibo sa temperatura.

Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD): Gamit ang mga metal na organikong compound bilang mga precursor, angkop ito para sa paghahanda ng mga kumplikadong tambalang manipis na pelikula, tulad ng mga materyales na III-V semiconductor.

Mga katangian ng proseso at mga halimbawa ng aplikasyon

Ang mga katangian ng proseso ng CVD ay siksik na pelikula, mataas na kadalisayan, at mahusay na pagkakapareho, ngunit mataas na temperatura at kumplikadong kagamitan. Malawak na ginagamit sa mga aparato ng semiconductor, solar cells, optical coatings at iba pang mga patlang.

C. Atomic Layer Deposition (ALD)

Ang natatanging mekanismo at mga hakbang ng ALD

Ang Atomic Layer Deposition (ALD) ay isang pamamaraan na tiyak na kinokontrol ang kapal ng mga manipis na pelikula sa pamamagitan ng kahaliling nagbibigay ng precursor gas at reaksyon gas, at pagdeposito ng layer ng atomic layer sa pamamagitan ng layer sa ibabaw ng substrate. Ang natatanging mekanismo ng reaksyon ng sarili ay nagbibigay -daan para sa tumpak na kontrol ng kapal ng pelikula sa nanoscale.

Paghahambing sa PVD at CVD

Kung ikukumpara sa PVD at CVD, ang mga pakinabang ng ALD ay namamalagi sa tumpak na kontrol ng kapal ng pelikula, mataas na pagkakapareho, at malakas na kakayahang masakop ang mga kumplikadong istruktura. Gayunpaman, ang bilis ng pag -aalis ay mas mabagal, na ginagawang angkop para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng sobrang mataas na katumpakan at pagkakapareho.

prospect ng aplikasyon

Ang teknolohiya ng ALD ay may malawak na mga prospect ng aplikasyon sa mga patlang tulad ng microelectronics, nanotechnology, at biomedicine, tulad ng paghahanda ng mga high k dielectric films, nanowires, at biosensors.

Kagamitan sa patong ng vacuum at daloy ng proseso

A. Karaniwang kagamitan sa patong ng vacuum

Ang pangunahing istraktura ng coating machine

Ang mga karaniwang kagamitan sa patong ay may kasamang mga silid ng vacuum, mga sistema ng pagkuha, mga sistema ng pag -init, mga sistema ng control, at mga mapagkukunan ng patong. Ang silid ng vacuum ay nagbibigay ng isang mababang-presyur na kapaligiran, ang sistema ng pumping ay ginagamit upang makakuha at mapanatili ang vacuum, ang mapagkukunan ng patong ay nagbibigay ng mga materyales, at ang monitor ng control system at inaayos ang mga parameter ng proseso.

Karaniwang mga uri ng aparato

Evaporative coating machine: Ang materyal ay evaporated at idineposito sa substrate sa pamamagitan ng pag -init ng paglaban o pagpainit ng beam ng elektron.

Sputtering coating machine: Ang mga target na materyal na atom ay sputtered sa substrate sa pamamagitan ng magnetron sputtering o radio frequency sputtering.

Kagamitan sa kalupkop ng Ion: Paggamit ng isang mapagkukunan ng ion upang makabuo ng mga beam na may mataas na enerhiya upang magdeposito ng mga manipis na pelikula, na karaniwang ginagamit sa paghahanda ng mga hard coatings.

B. Daloy ng Proseso

Pre Processing Proseso

Bago ang patong, ang ibabaw ng substrate ay kailangang linisin at magpanggap na alisin ang mga pollutant sa ibabaw at mga layer ng oxide, tinitiyak ang pagdirikit at pagkakapareho ng pelikula. Kasama sa mga karaniwang pamamaraan ang paglilinis ng ultrasonic, paglilinis ng kemikal, at paglilinis ng plasma.

Proseso ng patong

Ang susi sa proseso ng patong ay ang pag -optimize ng mga parameter ng control, kabilang ang vacuum degree, temperatura, rate ng daloy ng gas, at rate ng pag -aalis. Ang mga parameter na ito ay direktang nakakaapekto sa kalidad at pagganap ng pelikula.

Proseso ng pagproseso ng post

Ang pelikula pagkatapos ng patong ay madalas na nangangailangan ng post-paggamot, tulad ng pagsusubo at passivation, upang mapagbuti ang mga pisikal at kemikal na katangian at katatagan ng pelikula.

C. control control at pag -optimize

Kontrolin ang mga parameter tulad ng vacuum degree, temperatura, kapaligiran, atbp

Sa pamamagitan ng tumpak na pagkontrol sa degree ng vacuum, temperatura ng pag -aalis, at komposisyon ng gas, ang proseso ng paglago ng mga manipis na pelikula ay maaaring mai -optimize, at ang pagkakapareho at pagganap ng mga pelikula ay maaaring mapabuti.

Pagkontrol ng kapal ng patong at pagkakapareho

Sa pamamagitan ng paggamit ng mga teknolohiya sa pagsubaybay sa online tulad ng quartz crystal microbalance at optical monitoring system, ang real-time na pagsubaybay at kontrol ng kapal ng patong at pagkakapareho ay maaaring makamit upang matiyak ang kalidad ng pelikula.

Mga Paraan ng Pagsubok at Pagsusuri

Ang pagtuklas ng kalidad ng pelikula ay may kasamang pagsusuri ng mga pisikal, kemikal, at mekanikal na mga katangian, tulad ng kapal ng pelikula, morphology sa ibabaw, pagsusuri ng komposisyon, pagdirikit, katigasan, atbp. Ang mga karaniwang pamamaraan ay kasama ang pag-scan ng mikroskopya ng elektron (SEM), atomic force microscopy (AFM), x-ray diffraction (XRD), at spectroscopic analysis.

Mga halimbawa ng aplikasyon ng patong ng vacuum

A. industriya ng elektronika at semiconductor

Pinagsamang circuit manufacturing

Ang teknolohiyang patong ng vacuum ay ginagamit sa integrated circuit manufacturing upang magdeposito ng mga layer ng magkakaugnay na metal, mga layer ng pagkakabukod, at mga proteksiyon na layer. Ang proseso ng patong na may mataas na katumpakan ay nagsisiguro sa pagganap at pagiging maaasahan ng circuit.

Teknolohiya ng patong para sa mga pagpapakita at sensor

Sa pagmamanupaktura ng pagpapakita, ang vacuum coating ay ginagamit upang magdeposito ng mga transparent na conductive films at optical films; Sa pagmamanupaktura ng sensor, ang teknolohiya ng patong ay ginagamit upang maghanda ng mga sensitibong sangkap at proteksiyon na mga layer, pagpapabuti ng pagiging sensitibo at tibay ng mga sensor.

B. optika at optoelectronics

Mga uri at aplikasyon ng mga optical manipis na pelikula

Kasama sa mga optical manipis na pelikula ang mga anti reflective films, anti reflective films, filter films, at mapanimdim na pelikula. Sa pamamagitan ng tumpak na pagkontrol sa kapal at optical na mga katangian ng mga pelikula, maaaring makamit ang mga tiyak na optical effects, tulad ng pagbabawas ng pagmuni -muni, pagpapahusay ng transmittance, at selective filter.

Ang application ng patong sa mga laser at optical na aparato

Sa mga laser at optical na aparato, ang teknolohiyang patong ng vacuum ay ginagamit upang gumawa ng mga salamin na may mataas na pagganap, bintana, at lente, pagpapabuti ng kahusayan at katatagan ng mga optical system.

C. Mga aplikasyon ng mekanikal at proteksiyon

Mahirap na patong at magsusuot ng patong na lumalaban

Ang mga hard coatings at mga coatings na lumalaban ay inihanda sa pamamagitan ng vacuum coating na teknolohiya at malawak na ginagamit sa mga tool, hulma, at mga mekanikal na bahagi upang mapagbuti ang kanilang paglaban sa pagsusuot at buhay ng serbisyo.

Application ng mga anti-corrosion coatings

Ang mga anti corrosion coatings ay nagdeposito ng isang layer ng mga materyales na lumalaban sa kaagnasan, tulad ng chromium at titanium, sa ibabaw ng metal sa pamamagitan ng teknolohiyang patong ng vacuum upang mapahusay ang paglaban ng kaagnasan at palawakin ang buhay ng serbisyo ng kagamitan.

D. Mga aplikasyon sa mga umuusbong na patlang

Vacuum Coating sa Nanotechnology

Sa Nanotechnology, ang vacuum coating ay ginagamit upang maghanda ng mga istruktura ng nanoscale at manipis na pelikula, tulad ng mga nanowires, nanoparticles, at mga tuldok na dami, na inilalapat sa mga patlang tulad ng electronics, optoelectronics, at catalysis.

Mga aplikasyon ng biomedical

Ang teknolohiyang patong ng vacuum ay ginagamit sa mga biomedical application sa paggawa ng mga functional coatings sa mga biocompatible films, sensor, at mga medikal na aparato na ibabaw, pagpapabuti ng kanilang pagganap at kaligtasan.