تم الكشف عن مبدأ الطلاء الفراغي: الأساس الفني ، وتدفق العملية ، وتطبيق الصناعة

إنها عملية لإيداع المواد على سطح الركيزة باستخدام الطرق الفيزيائية أو الكيميائية في بيئة منخفضة الضغط لتشكيل فيلم رفيع. من خلال هذه التكنولوجيا ، يمكن تحقيق ترسب أفلام رفيع عالي الدقة وعالي الدقة ، مما يمنحها خصائص بصرية أو كهربائية وميكانيكية وغيرها من الخصائص. لذلك ، طلاء الفراغ له قيمة تطبيق مهمة في الصناعة الحديثة. على سبيل المثال ، في تصنيع أشباه الموصلات ، يتم استخدام طلاء الفراغ لإنتاج طبقات وظيفية مختلفة على الرقائق ؛ في مجال البصريات ، يمكن تحقيق التأثيرات المضادة للانعكاس ومكافحة الانعكاس من خلال الطلاء ؛ في التصنيع الميكانيكي ،طبقة فراغيمكن تحسين مقاومة التآكل ومقاومة التآكل للمكونات.

النظرية الأساسية لطلاء الفراغ

أ. أساسيات تكنولوجيا الفراغ

1. تعريف وقياس الفراغ

يشير الفراغ إلى بيئة غاز أقل من الضغط الجوي (760 ملليمتر من الزئبق ، 101325 باسكال). وفقًا لدرجات الفراغ المختلفة ، يمكن تقسيم الفراغ إلى فراغ منخفض ، فراغ متوسط ​​، فراغ عالي ، وفراغ فائق للغاية. عادة ما يتم إجراء قياس درجة الفراغ باستخدام مقاييس الضغط ، مثل مقاييس ضغط MacLehose ، ومقاييس Pirani ، ومقاييس الكاثود البارد.

2. طريقة اكتساب الفراغ

المضخة الميكانيكية: المضخات الميكانيكية غاز تفريغ من خلال الحركة الميكانيكية ، بما في ذلك المضخات الرافعة الدوارة ومضخات الحجاب الحاجز. هذه المضخات مناسبة للحصول على فراغ منخفض ومتوسط.

المضخة الجزيئية: تستخدم المضخة الجزيئية دوار دوار عالي السرعة لطرد الغاز ميكانيكيًا ، وهو مناسب للحصول على فراغ مرتفع وخاضع للغاية.

Turbopump: تجمع المضخة الجزيئية الجزيئية بين مزايا المضخة الميكانيكية والمضخة الجزيئية ، وتحقيق ضخ فعال من خلال شفرات دوارة متعددة المراحل ، وتستخدم على نطاق واسع في أنظمة فراغ عالية.

فيزياء السينما الرقيقة

التصنيف والخصائص الأساسية للأفلام الرقيقة

وفقًا لطريقة التحضير والغرض ، يمكن تقسيم الأفلام الرقيقة إلى أفلام معدنية ، وأفلام السيراميك ، والأفلام البوليمر ، وما إلى ذلك. تشمل الخصائص الأساسية للأفلام الرقيقة سمكها ، التوحيد ، التصاق ، صلابة ، خصائص بصرية (مثل النقل والانعكاس) ، والخصائص الكهربائية (مثل التوصيل والثابت الثامن).

العملية الأساسية وآلية نمو الأفلام الرقيقة

تتضمن عملية نمو الأفلام الرقيقة عادةً مراحل مثل النواة ونمو الجزيرة والنمو المتجادل والطبقات. النواة هي المرحلة الأولية التي تتجمع فيها الذرات أو الجزيئات على سطح الركيزة لتشكيل جزر صغيرة ؛ مع مرور الوقت ، تتصل هذه الجزر الصغيرة تدريجياً بالألواح ، وتشكل في النهاية فيلمًا رفيعًا مستمرًا. تتأثر آلية النمو بعوامل مثل خصائص المواد وحالة سطح الركيزة ودرجة حرارة الترسب ومعدل الترسيب.

C. أساسيات علوم المواد

مواد الطلاء المشتركة وخصائصها

تشمل مواد الطلاء المشتركة المعادن (مثل الألومنيوم والذهب والبلاتين) وأشباه الموصلات (مثل السيليكون والجرمانيوم) والسيراميك (مثل أكسيد الألومنيوم ونيتريد السيليكون) ، والمواد العضوية (مثل البوليمرات). المواد المختلفة لها خصائص الفيزيائية والكيميائية المختلفة ، وعند اختيار مواد الطلاء ، يجب مراعاة متطلبات أدائها في تطبيقات محددة.

مبادئ ومعايير اختيار المواد

تشمل مبادئ اختيار المواد الاستقرار الكيميائي ، والخصائص الميكانيكية ، والخصائص البصرية ، والخصائص الكهربائية. تتضمن المعايير عادة النقاء وحجم الجسيمات ومحتوى الشوائب وما إلى ذلك من المواد لضمان جودة وخصائص الأفلام الرقيقة.

الأساليب الرئيسية ومبادئ الطلاء الفراغ

أ. ترسب البخار المادي (PVD)

نظرة عامة وتصنيف

ترسب البخار المادي (PVD) هو تقنية تستخدم العمليات الفيزيائية لداحة مواد على سطح الركيزة. تشمل الفئات الرئيسية طلاء التبخر ، وطلاء الثراء ، وطلاء أيون.

مبادئ وخطوات عملية محددة

الطلاء التبخيري: تتبخر المادة في درجة حرارة عالية وتودع فيلم رفيع على الركيزة من خلال نظام فراغ. تشمل مصادر الحرارة الشائعة تسخين المقاومة وتدفئة شعاع الإلكترون.

طلاء الثرثرة: من خلال القصف باستخدام أيونات الغاز الخامل ، يتم قطع ذرات المواد المستهدفة على الركيزة لتشكيل فيلم رفيع. وتشمل الطرق الشائعة الدماغ العاصمة وتراجع الترددات اللاسلكية.

طلاء أيون: بموجب عمل مصدر أيون ، يتم تسريع المواد المؤينة للإيداع على الركيزة ، وتستخدم عادة لإعداد الطلاءات عالية الصلابة.

مزايا وعيوب ونطاق التطبيق

تشمل مزايا تقنية PVD كثافة الفيلم الرقيقة ، والتصاق القوي ، ودرجة حرارة العملية المنخفضة

، لكن المعدات معقدة والتكلفة مرتفعة. مناسبة لإعداد الأفلام الرقيقة المعدنية والسبائك والسيراميك ، وتستخدم على نطاق واسع في مجالات الإلكترونيات والبصريات والزينة.

ب. ترسب البخار الكيميائي (CVD)

المفهوم الأساسي لأمراض القلب والأوعية الدموية

ترسب البخار الكيميائي (CVD) هو تقنية لإيداع الأفلام الرقيقة على سطح الركيزة من خلال التفاعلات الكيميائية. غاز التفاعل يتحلل أو يخضع للتفاعلات الكيميائية في درجات حرارة عالية ، مما يولد رواسب صلبة.

طرق مختلفة من الأمراض القلبية الوعائية

CVD منخفض الضغط (LPCVD): يتفاعل في بيئة ضغط منخفض ، مع جودة الفيلم العالية والتوحيد الجيد ، مناسبة لصناعة أشباه الموصلات.

CVD المحسّن للبلازما (PECVD): استخدام البلازما لتسريع التفاعلات الكيميائية وتقليل درجة حرارة التفاعل ، مناسبة للمواد الحساسة لدرجة الحرارة.

ترسب البخار الكيميائي العضوي المعدني (MOCVD): استخدام المركبات العضوية المعدنية كسلائف ، فهو مناسب لإعداد الأفلام الرقيقة المركب المعقدة ، مثل مواد أشباه الموصلات III-V.

خصائص العملية وأمثلة التطبيق

خصائص عملية الأمراض القلبية الوعائية هي فيلم كثيف ، ونقاء عالية ، وتوحيد جيد ، ولكن درجة الحرارة العالية والمعدات المعقدة. يستخدم على نطاق واسع في أجهزة أشباه الموصلات والخلايا الشمسية والطلاء البصري وغيرها من الحقول.

جيم ترسب الطبقة الذرية (ALD)

الآلية الفريدة وخطوات ALD

إن ترسب الطبقة الذرية (ALD) هو تقنية تتحكم بدقة في سمك الأفلام الرقيقة عن طريق توفير غاز السلائف وغاز التفاعل بالتناوب ، وترسب طبقة ذرية على سطح الركيزة. تتيح آلية رد فعلها الفريدة ذاتية الحد من السيطرة الدقيقة على سماكة الفيلم إلى النانو.

مقارنة مع PVD و CVD

بالمقارنة مع PVD و CVD ، تكمن مزايا ALD في السيطرة الدقيقة على سمك الفيلم ، والتوحيد العالي ، والقدرة القوية على تغطية الهياكل المعقدة. ومع ذلك ، فإن سرعة الترسيب أبطأ ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة وتوحيد عالي للغاية.

احتمال التطبيق

تتمتع ALD Technology بآفاق واسعة التطبيق في مجالات مثل الإلكترونيات الدقيقة ، والتكنولوجيا النانوية ، والطيد الحيوي ، مثل إعداد الأفلام العازلة عالية K ، والأسلاك النانوية ، وأجهزة الاستشعار الحيوية.

معدات طلاء الفراغ وتدفق العملية

أ. معدات طلاء الفراغ النموذجية

الهيكل الأساسي لآلة الطلاء

تشمل معدات الطلاء النموذجية غرف فراغ وأنظمة الاستخراج وأنظمة التدفئة وأنظمة التحكم ومصادر الطلاء. توفر غرفة الفراغ بيئة منخفضة الضغط ، ويتم استخدام نظام الضخ للحصول على الفراغ والحفاظ عليه ، ويوفر مصدر الطلاء المواد ، ومراقبة نظام التحكم ويضبط معلمات العملية.

أنواع الأجهزة الشائعة

آلة الطلاء التبخيرية: يتم تبخير المادة وترسبها على الركيزة من خلال تسخين المقاومة أو تسخين شعاع الإلكترون.

آلة طلاء الثرثرة: يتم تعرّض ذرات المواد المستهدفة على الركيزة من خلال الضيق المغناطيسي أو الضيق التردد الراديوي.

معدات الطلاء الأيونية: باستخدام مصدر أيون لتوليد عوارض أيون عالية الطاقة لإيداع الأفلام الرقيقة ، والتي تستخدم عادة في تحضير الطلاء الصلب.

تدفق العملية

قبل عملية المعالجة

قبل الطلاء ، يجب تنظيف سطح الركيزة واعتمادها لإزالة ملوثات السطح وطبقات الأكسيد ، مما يضمن التصاق وتوحيد الفيلم. تشمل الطرق الشائعة التنظيف بالموجات فوق الصوتية والتنظيف الكيميائي وتنظيف البلازما.

عملية الطلاء

مفتاح عملية الطلاء هو تحسين معلمات التحكم ، بما في ذلك درجة الفراغ ، ودرجة الحرارة ، ومعدل تدفق الغاز ، ومعدل الترسيب. تؤثر هذه المعلمات بشكل مباشر على جودة وأداء الفيلم.

عملية ما بعد المعالجة

غالبًا ما يتطلب الفيلم بعد الطلاء ما بعد العلاج ، مثل الصلب والتخميل ، لتحسين الخواص الفيزيائية والكيميائية واستقرار الفيلم.

C. التحكم في العملية والتحسين

التحكم في المعلمات مثل درجة الفراغ ، ودرجة الحرارة ، والجو ، وما إلى ذلك

من خلال التحكم في درجة الفراغ بدقة ودرجة حرارة الترسيب وتكوين الغاز ، يمكن تحسين عملية نمو الأفلام الرقيقة ، ويمكن تحسين توحيد الأفلام وأداء الأفلام.

السيطرة على سمك الطلاء والتوحيد

من خلال استخدام تقنيات المراقبة عبر الإنترنت مثل نظام الميكروبور الكريستالي الكوارتز ونظام المراقبة البصرية ، يمكن تحقيق المراقبة في الوقت الفعلي والتحكم في سماكة الطلاء والتوحيد لضمان جودة الفيلم.

طرق اختبار الجودة والتقييم

يشمل الكشف عن جودة الفيلم تقييم الخواص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية ، مثل سماكة الفيلم ، مورفولوجيا السطح ، تحليل التكوين ، التصاق ، صلابة ، إلخ

أمثلة على تطبيق طبقة الفراغ

A. صناعة الإلكترونيات وشبنيو الموصلات

تصنيع الدوائر المتكاملة

يتم استخدام تقنية الطلاء الفراغ في تصنيع الدوائر المتكاملة لإيداع طبقات ربط المعادن ، وطبقات العزل ، وطبقات واقية. تضمن عملية الطلاء عالية الدقة أداء الدوائر والموثوقية.

تكنولوجيا الطلاء للعروض وأجهزة الاستشعار

في تصنيع العرض ، يتم استخدام طلاء الفراغ لإيداع الأفلام الموصلة الشفافة والأفلام البصرية ؛ في تصنيع المستشعرات ، يتم استخدام تكنولوجيا الطلاء لإعداد مكونات حساسة وطبقات واقية ، وتحسين حساسية ومتانة أجهزة الاستشعار.

ب. البصريات والإلكترونات البصرية

أنواع وتطبيقات الأفلام الرقيقة البصرية

تشمل الأفلام الرقيقة البصرية أفلامًا مضادة للانعكاس ، والأفلام المضادة للعكس ، وأفلام المرشح ، والأفلام العاكسة. من خلال التحكم بدقة في سماكة الأفلام والخصائص البصرية ، يمكن تحقيق تأثيرات بصرية محددة ، مثل تقليل الانعكاس ، وتعزيز النقل ، والتصفية الانتقائية.

تطبيق الطلاء في الليزر والأجهزة البصرية

في الليزر والأجهزة البصرية ، تُستخدم تقنية الطلاء الفراغ لتصنيع المرايا والنوافذ والعدسات عالية الأداء ، وتحسين كفاءة واستقرار الأنظمة البصرية.

ج. التطبيقات الميكانيكية والوقائية

الطلاء الصلب والطلاء المقاوم للارتداء

يتم تحضير الطلاء الصلب والطلاء المقاوم للارتداء من خلال تقنية الطلاء الفراغي وتستخدم على نطاق واسع في الأدوات والقوالب والأجزاء الميكانيكية لتحسين مقاومة التآكل وعمر الخدمة.

تطبيق الطلاء المضاد للتآكل

تودع الطلاء المضاد للتآكل طبقة من المواد المقاومة للتآكل ، مثل الكروم والتيتانيوم ، على سطح المعدن من خلال تقنية الطلاء الفراغي لتعزيز مقاومة التآكل وتوسيع عمر خدمة المعدات.

D. التطبيقات في الحقول الناشئة

طبقة فراغ في تقنية النانو

في تقنية النانو ، يتم استخدام طلاء الفراغ لإعداد الهياكل النانوية والأفلام الرقيقة ، مثل الأسلاك النانوية والجسيمات النانوية والنقاط الكمومية ، المطبقة في حقول مثل الإلكترونيات ، والإلكترون البصري ، والحفز.

التطبيقات الطبية الحيوية

تُستخدم تقنية الطلاء الفراغ في التطبيقات الطبية الحيوية لتصنيع الطلاء الوظيفي على الأفلام المتوافقة مع الأحياء وأسطح الأجهزة الطبية ، وتحسين أدائها وسلامتها.