Tyhjiöhaihdutuspinnoitteen periaate
1、 Tyhjiöhaihdutuspinnoitteen laitteet ja fyysinen prosessi
Tyhjiöhaihdutuspinnoituslaitteisto koostuu pääasiassa tyhjiökammiosta ja evakuointijärjestelmästä.Tyhjiökammion sisällä on haihdutuslähde (eli haihdutuslämmitin), substraatti ja alustarunko, alustan lämmitin, pakojärjestelmä jne.
Päällystemateriaali asetetaan tyhjökammion haihdutuslähteeseen ja korkeatyhjiöolosuhteissa se kuumennetaan haihdutuslähteellä haihtumaan.Kun höyrymolekyylien keskimääräinen vapaa kantama on suurempi kuin tyhjiökammion lineaarinen koko, sen jälkeen kun kalvohöyryn atomeja ja molekyylejä haihdutuslähteen pinnalta karkaavat harvoin muiden molekyylien tai atomien törmäys, ja saavuttavat suoraan päällystettävän alustan pinnan.Substraatin alhaisesta lämpötilasta johtuen kalvohöyryhiukkaset tiivistyvät sille ja muodostavat kalvon.
Haihdutusmolekyylien ja substraatin tarttuvuuden parantamiseksi substraatti voidaan aktivoida asianmukaisella lämmityksellä tai ionipuhdistuksella.Tyhjiöhaihdutuspinnoite käy läpi seuraavat fysikaaliset prosessit materiaalin haihduttamisesta, kuljetuksesta kalvoksi laskeutumiseen.
(1)Käyttämällä erilaisia tapoja muuntaa muita energiamuotoja lämpöenergiaksi, kalvomateriaalia kuumennetaan haihtuakseen tai sublimoituakseen kaasumaisiksi hiukkasiksi (atomeiksi, molekyyleiksi tai atomiklusteriksi) tietyllä energiamäärällä (0,1-0,3 eV).
(2) Kaasumaiset hiukkaset poistuvat kalvon pinnalta ja kuljetetaan alustan pinnalle tietyllä nopeudella, olennaisesti ilman törmäystä, suorassa linjassa.
(3) Kaasumaiset hiukkaset, jotka saavuttavat substraatin pinnan, sulautuvat yhteen ja ydintyvät ja kasvavat sitten kiinteän faasin kalvoksi.
(4) Kalvon muodostavien atomien uudelleenjärjestely tai kemiallinen sitoutuminen.
2, Höyrystyslämmitys
(1) Lämpöhaihdutuksen vastus
Vastuskuumennushaihdutus on yksinkertaisin ja yleisimmin käytetty kuumennusmenetelmä, jota voidaan yleisesti soveltaa päällystysmateriaaleihin, joiden sulamispiste on alle 1500 ℃, korkean sulamispisteen metallit langan tai levyn muodossa (W, Mo, Ti, Ta, boorinitridi jne.) tehdään tavallisesti sopivan muotoiseksi haihdutuslähteeksi, joka on ladattu haihdutusmateriaaleilla sähkövirran Joule-lämmön avulla pinnoitusmateriaalin sulattamiseksi, haihduttamiseksi tai sublimoimiseksi, haihdutuslähteen muoto sisältää pääasiassa monisäikeisen spiraalin, U:n muotoisen siniaallon , ohut levy, vene, kartiokori jne. Samaan aikaan menetelmä edellyttää, että haihdutuslähdemateriaalilla on korkea sulamispiste, alhainen kyllästyshöyrynpaine, vakaat kemialliset ominaisuudet, ei kemiallista reaktiota pinnoitemateriaalin kanssa korkeassa lämpötilassa, hyvä lämmönkestävyys, pieni muutos tehotiheydessä jne. Se ottaa suuren virran haihdutuslähteen läpi saadakseen sen lämpenemään ja haihduttamaan kalvomateriaalia suoraan kuumentamalla, tai laittaa kalvomateriaalin upokkaan, joka on valmistettu grafiitista ja tietyistä korkeita lämpötiloja kestävästä metallioksidit (kuten A202, B0) ja muut materiaalit epäsuoraan lämmitykseen haihtumaan.
Resistenssikuumennushaihdutuspinnoitteella on rajoituksia: tulenkestävissä metalleissa on alhainen höyrynpaine, jota on vaikea tehdä ohutkalvoa;joistakin elementeistä on helppo muodostaa seos lämmityslangan kanssa;ei ole helppoa saada tasaista koostumusta seoskalvolle.Yksinkertaisen rakenteen, alhaisen hinnan ja vastuslämmityshaihdutusmenetelmän helpon käytön vuoksi se on erittäin yleinen haihdutusmenetelmän sovellus.
(2) Elektronisuihkukuumennushaihdutus
Elektronisuihkuhaihdutus on menetelmä pinnoitemateriaalin haihduttamiseksi pommittamalla sitä suuren energiatiheyden elektronisuihkulla asettamalla se vesijäähdytteiseen kupariupokkaan.Höyrystyslähde koostuu elektronien emissiolähteestä, elektronikiihdytysteholähteestä, upokas (yleensä kupariupokas), magneettikenttäkäämi ja jäähdytysvesisarja jne. Tässä laitteessa kuumennettu materiaali sijoitetaan veteen. -jäähdytetty upokas, ja elektronisuihku pommittaa vain hyvin pienen osan materiaalista, kun taas suurin osa jäljellä olevasta materiaalista pysyy erittäin alhaisessa lämpötilassa upokkaan jäähdytysvaikutuksen alaisena, jota voidaan pitää upokkaan pommitettuna osana.Siten menetelmällä elektronisuihkukuumennus haihdutusta varten voisi välttää kontaminaatiota pinnoitemateriaalin ja haihdutuksen lähdemateriaalin välillä.
Elektronisuihkuhaihdutuslähteen rakenne voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: suorat tykit (Boules-tykit), rengaspistoolit (sähköisesti poikkeutetut) ja e-aseet (magneettisesti poikkeutetut).Haihdutuslaitokseen voidaan sijoittaa yksi tai useampi upokas, joka voi haihduttaa ja saostaa useita eri aineita samanaikaisesti tai erikseen.
Elektronisuihkuhöyrystyslähteillä on seuraavat edut.
① Elektronisuihkupommituksen haihdutuslähteen suuri säteen tiheys voi saada paljon suuremman energiatiheyden kuin vastuslämmityslähde, joka voi haihduttaa korkean sulamispisteen materiaaleja, kuten W, Mo, Al2O3 jne.
②Pinnoitemateriaali sijoitetaan vesijäähdytteiseen kupariupokkaaseen, joka voi välttää haihtumislähdemateriaalin haihtumisen ja niiden välisen reaktion.
③Lämpöä voidaan lisätä suoraan pinnoitemateriaalin pintaan, jolloin lämpöhyötysuhde on korkea ja lämmönjohtavuuden ja lämpösäteilyn menetys pieni.
Elektronisuihkulämmityshaihdutusmenetelmän haittana on, että primäärielektronit elektronitykistä ja toissijaiset elektronit pinnoitemateriaalin pinnasta ionisoivat haihtuvia atomeja ja jäännöskaasumolekyylejä, mikä vaikuttaa joskus kalvon laatuun.
(3) Korkeataajuinen induktiokuumennushaihdutus
Korkeataajuinen induktiokuumennushaihdutus on sijoittaa upokas pinnoitemateriaalilla korkeataajuisen spiraalikelan keskelle siten, että pinnoitemateriaali tuottaa voimakkaan pyörrevirran ja hystereesivaikutuksen korkeataajuisen sähkömagneettisen kentän induktion alaisena, mikä aiheuttaa kalvokerros lämpenemään, kunnes se höyrystyy ja haihtuu.Haihdutuslähde koostuu yleensä vesijäähdytteisestä korkeataajuisesta kelasta ja grafiitti- tai keraamisesta (magnesiumoksidi, alumiinioksidi, boorioksidi jne.) upokas.Suurtaajuinen teholähde käyttää taajuutta kymmenistä tuhansista useisiin satoihin tuhansiin Hz, syöttöteho on useista satoihin kilowatteihin, mitä pienempi kalvomateriaalin tilavuus, sitä korkeampi induktiotaajuus.Induktiokelan taajuus on yleensä valmistettu vesijäähdytteisestä kupariputkesta.
Korkeataajuisen induktiolämmityshaihdutusmenetelmän haittana on, että syöttötehoa ei ole helppo hienosäätää, sillä on seuraavat edut.
①Suuri haihtumisnopeus
②Höyrystyslähteen lämpötila on tasainen ja vakaa, joten pinnoitepisaroiden roiskumisen ilmiötä ei ole helppo tuottaa, ja se voi myös välttää pinnoitetun kalvon reikien ilmiön.
③ Höyrystyslähde ladataan kerran, ja lämpötilaa on suhteellisen helppo ja helppo hallita.
Postitusaika: 28.10.2022