진공 코팅의 원리가 드러납니다 : 기술 기반, 공정 흐름 및 산업 응용 프로그램

저압 환경에서 물리적 또는 화학적 방법을 사용하여 박막을 형성하여 물질을 기판 표면에 증착하는 과정입니다. 이 기술을 통해 고급 및 고정밀 박막 증착을 달성하여 특정 광학, 전기, 기계 및 기타 특성을 제공 할 수 있습니다. 따라서 진공 코팅은 현대 산업에서 중요한 적용 가치를 가지고 있습니다. 예를 들어, 반도체 제조에서, 진공 코팅은 웨이퍼에서 다양한 기능 층을 생성하는 데 사용됩니다. 광학 분야에서, 반사 및 반사 방지 효과는 코팅을 통해 달성 될 수있다; 기계 제조에서진공 코팅부품의 내마모성 및 부식성을 향상시킬 수 있습니다.

진공 코팅의 기본 이론

A. 진공 기술의 기초

1. 진공의 정의 및 측정

진공은 1 대기압 (760 밀리미터의 수은, 101325 PA) 미만의 가스 환경을 나타냅니다. 다른 정도의 진공에 따르면, 진공은 낮은 진공, 중간 진공 청소기, 고 진공 청소기 및 초고 진공 상태로 나눌 수 있습니다. 진공 정도의 측정은 일반적으로 Maclehose 압력 게이지, Pirani 게이지 및 차가운 캐소드 게이지와 같은 압력 게이지를 사용하여 수행됩니다.

2. 진공 획득 방법

기계식 펌프 : 기계식 펌프는 일반적으로 로터리 베인 펌프 및 다이어프램 펌프를 포함하여 기계 이동을 통해 가스를 배출합니다. 이 펌프는 저 및 중간 진공 청소기를 얻는 데 적합합니다.

분자 펌프 : 분자 펌프는 고속 회전 로터를 이용하여 가스를 기계적으로 배출하여 높은 및 초고속 진공을 얻는 데 적합합니다.

터보 펌프 : 터보 펌프는 기계식 펌프와 분자 펌프의 장점을 결합하여 다단계 회전 블레이드를 통해 효율적인 펌핑을 달성하며 고 진공 시스템에서 널리 사용됩니다.

B. 박막 물리학

박막의 분류 및 기본 특성

준비 방법 및 목적에 따르면, 박막은 금속 필름, 세라믹 필름, 중합체 필름 등으로 나눌 수 있습니다. 박막의 기본 특성에는 두께, 균일 성, 접착력, 경도, 광학 특성 (예 : 전이 및 반사율) 및 전기 특성 (예 : 전도성 및 유전 변수)이 포함됩니다.

박막 성장의 기본 프로세스 및 메커니즘

박막의 성장 과정에는 일반적으로 핵 생성, 섬 성장, 연속성 및 층 성장과 같은 단계가 포함됩니다. 핵 생성은 원자 또는 분자가 기질 표면에 모여 작은 섬을 형성하는 초기 단계입니다. 시간이 지남에 따라이 작은 섬들은 점차 시트에 연결되어 결국 연속적인 박막을 형성합니다. 성장 메커니즘은 재료 특성, 기질 표면 상태, 증착 온도 및 증착 속도와 같은 인자에 의해 영향을받습니다.

C. 재료 과학의 기초

일반적인 코팅 재료 및 그 특성

일반적인 코팅 재료에는 금속 (알루미늄, 금, 백금), 반도체 (예 : 실리콘 및 게르마늄), 세라믹 (예 : 산화 알루미늄 및 실리콘 질산염) 및 유기 물질 (예 : 폴리머)이 포함됩니다. 물질마다 물리적 및 화학적 특성이 다르며 코팅 재료를 선택할 때 특정 응용 분야에서의 성능 요구 사항을 고려해야합니다.

재료 선택에 대한 원칙과 표준

재료 선택의 원리에는 화학적 안정성, 기계적 특성, 광학적 특성 및 전기 특성이 포함됩니다. 표준에는 일반적으로 박막의 품질 및 기능적 특성을 보장하기 위해 재료의 순도, 입자 크기, 불순물 함량 등이 포함됩니다.

진공 코팅의 주요 방법과 원리

A. 물리 증기 증착 (PVD)

개요 및 분류

물리 증기 증착 (PVD)은 물리적 공정을 사용하여 재료를 기판 표면에 증착하는 기술입니다. 주요 범주에는 증발 코팅, 스퍼터링 코팅 및 이온 도금이 포함됩니다.

특정 프로세스 원칙 및 단계

증발 코팅 : 재료는 고온에서 증발하고 진공 시스템을 통해 기판에 박막을 퇴적시킨다. 일반적인 열원에는 저항 가열 및 전자 빔 가열이 포함됩니다.

스퍼터링 코팅 : 불활성 가스 이온으로 폭격을함으로써, 표적 재료 원자는 기판에 스퍼터링되어 박막을 형성한다. 일반적인 방법으로는 DC 스퍼터링 및 RF 스퍼터링이 포함됩니다.

이온 도금 : 이온 공급원의 작용 하에서, 이온화 ​​된 물질은 가속되어 기판에 퇴적되며, 일반적으로 높은 경도 코팅을 준비하는 데 사용됩니다.

장점, 단점 및 응용 범위

PVD 기술의 장점으로는 박막 밀도, 강한 접착력 및 낮은 공정 온도가 포함됩니다.

그러나 장비는 복잡하고 비용이 높습니다. 전자 제품, 광학 및 장식 분야에서 널리 사용되는 금속, 합금 및 세라믹 박막의 제조에 적합합니다.

B. 화학 증기 증착 (CVD)

CVD의 기본 개념

화학 기상 증착 (CVD)은 화학 반응을 통해 기판 표면에 박막을 증착하는 기술입니다. 반응 가스는 고온에서 화학 반응을 분해하거나 겪어 고체 퇴적물을 생성합니다.

다양한 CVD 방법

저압 CVD (LPCVD) : 반도체 산업에 적합한 필름 품질과 우수한 균일 성으로 저압 환경에서 반응합니다.

혈장 강화 CVD (PECVD) : 혈장을 사용하여 화학 반응을 가속화하고 온도 민감한 물질에 적합한 반응 온도를 줄입니다.

금속 유기 화학 증기 증착 (MOCVD) : 전구체로서 금속 유기 화합물을 사용하여 III-V 반도체 재료와 같은 복잡한 화합물 박막을 제조하는 데 적합합니다.

프로세스 특성 및 응용 프로그램 예제

CVD 공정의 특성은 조밀 한 필름, 고순도 및 균일 성이 우수하지만 고온 및 복잡한 장비입니다. 반도체 장치, 태양 전지, 광학 코팅 및 기타 필드에 널리 사용됩니다.

C. 원자 층 증착 (ALD)

ALD의 독특한 메커니즘과 단계

원자 층 증착 (ALD)은 전구체 가스 및 반응 가스를 번갈아 공급하고 기판 표면상의 층에 의해 원자 층 층을 증착시킴으로써 박막의 두께를 정확하게 제어하는 ​​기술이다. 그것의 독특한 자체 제한 반응 메커니즘은 나노 스케일에 필름 두께를 정확하게 제어 할 수있게한다.

PVD 및 CVD와의 비교

PVD 및 CVD와 비교하여 ALD의 장점은 필름 두께, 높은 균일 성 및 복잡한 구조를 커버하는 강력한 능력을 정확하게 제어하는 ​​데 있습니다. 그러나 증착 속도는 느려져 매우 높은 정밀도와 균일 성이 필요한 응용 분야에 적합합니다.

응용 프로그램 전망

ALD Technology는 미세 전자, 나노 기술 및 생물 의학, 예를 들어 높은 K 유전체 필름, 나노 와이어 및 바이오 센서의 제조와 같은 분야에서 광범위한 응용 전망을 보유하고 있습니다.

진공 코팅 장비 및 공정 흐름

A. 전형적인 진공 코팅 장비

코팅 기계의 기본 구조

일반적인 코팅 장비에는 진공 챔버, 추출 시스템, 난방 시스템, 제어 시스템 및 코팅 공급원이 포함됩니다. 진공 챔버는 저압 환경을 제공하고, 펌핑 시스템은 진공을 얻고 유지하는 데 사용되며, 코팅 소스는 재료를 제공하며 제어 시스템은 프로세스 매개 변수를 모니터링하고 조정합니다.

일반적인 장치 유형

증발 코팅 기계 : 재료를 증발시키고 저항 가열 또는 전자 빔 가열을 통해 기질 상에 증착시킨다.

스퍼터링 코팅 머신 : 대상 재료 원자는 마그네트론 스퍼터링 또는 무선 주파수 스퍼터링을 통해 기판에 스퍼터링됩니다.

이온 도금 장비 : 이온 공급원을 사용하여 하드 코팅의 제조에 일반적으로 사용되는 박막을 증착하기 위해 고 에너지 이온 빔을 생성합니다.

B. 프로세스 흐름

사전 처리 프로세스

코팅하기 전에, 표면 오염 물질과 산화물 층을 제거하기 위해 기판 표면을 세척하고 전처리해야한다. 일반적인 방법으로는 초음파 청소, 화학 청소 및 혈장 세정이 있습니다.

코팅 공정

코팅 공정의 핵심은 진공 정도, 온도, 가스 유량 및 증착 속도를 포함한 제어 파라미터의 최적화입니다. 이 매개 변수는 필름의 품질과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

포스트 처리 프로세스

코팅 후 필름은 종종 필름의 물리적 및 화학적 특성과 안정성을 향상시키기 위해 어닐링 및 패시베이션과 같은 치료 후 필요를 요구합니다.

C. 프로세스 제어 및 최적화

진공 정도, 온도, 대기 등과 같은 매개 변수 제어

진공 정도, 증착 온도 및 가스 조성을 정확하게 제어함으로써, 박막의 성장 공정을 최적화 할 수 있으며, 필름의 균일 성과 성능을 향상시킬 수 있습니다.

코팅 두께 및 균일 성 제어

석영 크리스탈 미생물 및 광학 모니터링 시스템과 같은 온라인 모니터링 기술을 사용함으로써, 코팅 두께 및 균일 성의 실시간 모니터링 및 제어를 통해 필름의 품질을 보장 ​​할 수 있습니다.

품질 테스트 및 평가 방법

필름 품질의 검출에는 필름 두께, 표면 형태, 조성 분석, 접착력, 경도 등과 같은 물리적, 화학적 및 기계적 특성의 평가가 포함됩니다. 일반적인 방법에는 주사 전자 현미경 (SEM), AFM (Atomic Force Microscopy), X- 선 회절 (XRD) 및 분광 분석이 포함됩니다.

진공 코팅의 적용 사례

A. 전자 및 반도체 산업

통합 회로 제조

진공 코팅 기술은 통합 회로 제조에 사용되어 금속 상호 연결 층, 절연 층 및 보호 층을 증착합니다. 고정밀 코팅 공정은 회로 성능과 신뢰성을 보장합니다.

디스플레이 및 센서를위한 코팅 기술

디스플레이 제조에서, 진공 코팅은 투명 전도성 필름 및 광학 필름을 증착하는데 사용된다; 센서 제조에서 코팅 기술은 민감한 구성 요소와 보호 층을 준비하여 센서의 감도와 내구성을 향상시키는 데 사용됩니다.

B. 광학 및 광전자 공학

광학 박막의 유형 및 응용

광학 박막에는 반 반사 필름, 반 반사 필름, 필터 필름 및 반사 필름이 포함됩니다. 필름의 두께 및 광학적 특성을 정확하게 제어함으로써, 반사 감소, 투과율 향상 및 선택적 필터링과 같은 특정 광학 효과가 달성 될 수있다.

레이저 및 광학 장치에서 코팅의 적용

레이저 및 광학 장치에서 진공 코팅 기술은 고성능 거울, 창 및 렌즈를 제조하는 데 사용되어 광학 시스템의 효율성과 안정성을 향상시킵니다.

C. 기계적 및 보호 적용

하드 코팅 및 내마모 코팅

단단한 코팅 및 내마모 코팅은 진공 코팅 기술을 통해 제조되며 내마모성 및 서비스 수명을 향상시키기 위해 도구, 곰팡이 및 기계 부품에 널리 사용됩니다.

항-대안 코팅의 적용

항 부식 코팅은 진공 코팅 기술을 통해 금속 표면에 크롬 및 티타늄과 같은 부식 내성 재료 층을 증착하여 부식 저항을 향상시키고 장비의 서비스 수명을 연장합니다.

D. 새로운 분야의 응용 프로그램

나노 기술의 진공 코팅

나노 기술에서, 진공 코팅은 전자 공학, 광전자 및 촉매와 같은 분야에 적용된 나노 스케일 구조 및 나노 입자 및 양자점과 같은 박막을 제조하는데 사용된다.

생체 의학 응용

진공 코팅 기술은 생체 적용에 사용되어 생체 적합성 필름, 센서 및 의료 기기 표면의 기능 코팅을 제조하여 성능 및 안전성을 향상시킵니다.