真空コーティングの原則が明らかになりました：技術基盤、プロセスフロー、および業界アプリケーション

これは、低圧環境で物理的または化学的方法を使用して薄膜を形成するための物理的または化学的方法を使用して、基板表面に材料を堆積させるプロセスです。この技術を通じて、高精度と高精度の薄膜堆積を達成することができ、特定の光学、電気、機械、およびその他の特性を提供します。したがって、真空コーティングは、現代の産業において重要な用途価値があります。たとえば、半導体製造では、真空コーティングを使用して、ウェーハ上のさまざまな機能層を生成します。光学系の分野では、コーティングを通じて反反射と反反射効果を達成できます。機械的製造では、真空コーティング成分の耐摩耗性と耐食性を改善できます。

真空コーティングの基本理論

A.真空技術の基礎

1。真空の定義と測定

真空とは、1つの大気圧（760ミリメートルの水銀、101325 PA）未満のガス環境を指します。さまざまな程度の真空によれば、真空は低真空、中掃除器、高い真空、および超高真空に分割できます。真空程度の測定は、通常、マクラホース圧力計、ピラニゲージ、コールドカソードゲージなどの圧力ゲージを使用して実行されます。

2。真空取得方法

機械ポンプ：機械的ポンプは、一般的に回転型ベーンポンプとダイアフラムポンプを含む機械的な動きを介してガスを排出します。これらのポンプは、低気圧と中程度の真空を取得するのに適しています。

分子ポンプ：分子ポンプは、高速回転ローターを使用して機械的にガスを排出します。

Turbopump：ターボ分子ポンプは、機械ポンプと分子ポンプの利点を組み合わせて、多段階の回転ブレードを介した効率的なポンピングを達成し、高真空システムで広く使用されています。

B.薄膜物理学

薄膜の分類と基本特性

準備方法と目的によれば、薄膜は金属膜、セラミックフィルム、ポリマーフィルムなどに分けることができます。薄膜の基本特性には、厚さ、均一性、接着、硬度、光学特性（透過率や反射率など）、電気特性（導電率や誘導体定数など）が含まれます。

薄膜成長の基本的なプロセスとメカニズム

薄膜の成長プロセスには、通常、核形成、島の成長、隣接する、層状成長などの段階が含まれます。核形成は、原子または分子が基質表面に集まり、小さな島を形成する初期段階です。時間が経つにつれて、これらの小さな島は徐々にシートに接続し、最終的には薄い薄膜を形成します。成長メカニズムは、材料特性、基質表面状態、堆積温度、堆積速度などの要因に影響されます。

C.材料科学の基礎

一般的なコーティング材料とその特性

一般的なコーティング材料には、金属（アルミニウム、金、プラチナなど）、半導体（シリコンやゲルマニウムなど）、セラミック（酸化アルミニウムや窒化シリコンなど）、および有機材料（ポリマーなど）が含まれます。異なる材料には異なる物理的および化学的特性があり、コーティング材料を選択する際には、特定のアプリケーションでのパフォーマンス要件を考慮する必要があります。

材料選択の原則と基準

材料選択の原理には、化学的安定性、機械的特性、光学特性、および電気特性が含まれます。標準には通常、薄膜の品質と機能的特性を確保するために、材料の純度、粒子サイズ、不純物含有量などが含まれます。

真空コーティングの主な方法と原則

A.物理的蒸気堆積（PVD）

概要と分類

物理的蒸気堆積（PVD）は、物理プロセスを利用して基板表面に材料を堆積させる手法です。主なカテゴリには、蒸発コーティング、スパッタリングコーティング、イオンメッキが含まれます。

特定のプロセスの原則とステップ

蒸発コーティング：材料は高温で蒸発し、真空システムを介して基板上に薄膜を堆積させます。一般的な熱源には、抵抗加熱と電子ビーム加熱が含まれます。

スパッタリングコーティング：不活性ガスイオンで砲撃することにより、標的材料の原子が基板上にスパッタリングして薄膜を形成します。一般的な方法には、DCスパッタリングとRFスパッタリングが含まれます。

イオンメッキ：イオン源の作用の下で、イオン化された材料は、高い硬度コーティングの調製に一般的に使用される基板に堆積するように加速されます。

適用の利点、短所、および範囲

PVDテクノロジーの利点には、薄膜密度、強い接着、およびプロセス温度が低いことが含まれます

、しかし、機器は複雑で、コストが高くなります。電子機器、光学、装飾の分野で広く使用されている金属、合金、セラミック薄膜の調製に適しています。

B.化学蒸気堆積（CVD）

CVDの基本概念

化学蒸気堆積（CVD）は、化学反応を介して基質表面に薄膜を堆積させる手法です。反応ガスは、高温で化学反応を発生させるか、化学反応を起こし、固体堆積物を生成します。

さまざまなCVDメソッド

低圧CVD（LPCVD）：高圧環境で反応し、フィルムの品質が高く、均一性が高く、半導体業界に適しています。

プラズマ強化CVD（PECVD）：血漿を利用して化学反応を加速し、温度に敏感な材料に適した反応温度を低下させます。

金属有機化学蒸着（MOCVD）：金属有機化合物を前駆体として使用すると、III-V半導体材料などの複雑な複合薄膜の調製に適しています。

プロセス特性とアプリケーションの例

CVDプロセスの特性は、密なフィルム、高純度、良好な均一性ですが、高温と複雑な機器です。半導体デバイス、太陽電池、光学コーティング、その他のフィールドで広く使用されています。

C.原子層堆積（ALD）

ALDのユニークなメカニズムとステップ

原子層堆積（ALD）は、前駆体ガスと反応ガスを交互に供給し、基質表面に層によって原子層層を堆積させることにより、薄膜の厚さを正確に制御する技術です。そのユニークな自己制限反応メカニズムにより、ナノスケールに対するフィルムの厚さを正確に制御できます。

PVDおよびCVDとの比較

PVDおよびCVDと比較して、ALDの利点は、フィルムの厚さ、高い均一性、複雑な構造をカバーする強力な能力を正確に制御することにあります。ただし、堆積速度は遅く、非常に高い精度と均一性を必要とするアプリケーションに適しています。

アプリケーションの見通し

ALDテクノロジーには、高誘電体フィルム、ナノワイヤ、バイオセンサーの調製など、マイクロエレクトロニクス、ナノテクノロジー、バイオメディシンなどの分野で幅広いアプリケーションの見通しがあります。

真空コーティング装置とプロセスフロー

A.典型的な真空コーティング装置

コーティング機の基本構造

典型的なコーティング装置には、真空チャンバー、抽出システム、暖房システム、制御システム、コーティング源が含まれます。真空チャンバーは低圧環境を提供し、ポンプシステムを使用して真空を取得および維持し、コーティング源が材料を提供し、制御システムはプロセスパラメーターを監視および調整します。

一般的なデバイスタイプ

蒸発コーティング機：材料は蒸発し、抵抗加熱または電子ビーム加熱を介して基板に堆積します。

スパッタリングコーティングマシン：ターゲット材料の原子は、マグネトロンスパッタリングまたは無線周波数スパッタリングを介して基板にスパッタリングされます。

イオンメッキ装置：イオン源を利用して高エネルギーイオンビームを生成して、硬いコーティングの調製に一般的に使用される薄膜を堆積させます。

B.プロセスフロー

事前処理プロセス

コーティングの前に、表面の汚染物質と酸化物層を除去するために、基板表面をきれいにして前処理する必要があり、フィルムの癒着と均一性を確保します。一般的な方法には、超音波洗浄、化学洗浄、プラズマ洗浄が含まれます。

コーティングプロセス

コーティングプロセスの鍵は、真空度、温度、ガス流量、堆積速度など、制御パラメーターの最適化です。これらのパラメーターは、映画の品質とパフォーマンスに直接影響します。

後処理プロセス

コーティング後のフィルムは、多くの場合、フィルムの物理的および化学的特性と安定性を改善するために、アニーリングやパッ​​シベーションなどの治療後の後期を必要とします。

C.プロセス制御と最適化

真空程度、温度、大気などのパラメーターの制御

真空度、堆積温度、ガス組成を正確に制御することにより、薄膜の成長プロセスを最適化でき、フィルムの均一性と性能を改善できます。

コーティングの厚さと均一性の制御

クォーツクリスタルマイクロバランスや光学監視システムなどのオンライン監視技術を使用することにより、フィルムの品質を確保するために、コーティングの厚さと均一性のリアルタイム監視と制御を実現できます。

質の高いテストと評価方法

フィルムの品質の検出には、フィルムの厚さ、表面形態、組成、接着、硬度などの物理的、化学的、および機械的特性の評価が含まれます。一般的な方法には、走査型電子顕微鏡（SEM）、原子間力顕微鏡（AFM）、X線回折（XRD）、および分光鏡検査分析が含まれます。

真空コーティングのアプリケーション例

A.電子および半導体産業

統合回路製造

真空コーティング技術は、統合された回路製造で、金属相互接続層、断熱層、保護層を堆積するために使用されます。高精度コーティングプロセスにより、回路のパフォーマンスと信頼性が保証されます。

ディスプレイとセンサー用のコーティングテクノロジー

ディスプレイ製造では、真空コーティングを使用して、透明な導電性フィルムと光学膜を堆積させます。センサーの製造では、敏感なコンポーネントと保護層を調製するためにコーティング技術を使用して、センサーの感度と耐久性を向上させます。

B.光学およびOptoelectronics

光学薄膜の種類とアプリケーション

光学薄膜には、反反射フィルム、反反射フィルム、フィルターフィルム、反射フィルムが含まれます。フィルムの厚さと光学的特性を正確に制御することにより、反射の削減、透過率の強化、選択的フィルタリングなど、特定の光学効果を実現できます。

レーザーおよび光学装置でのコーティングの適用

レーザーおよび光学装置では、真空コーティング技術を使用して、高性能ミラー、窓、レンズの製造を行い、光学システムの効率と安定性を改善します。

C.機械的および保護用途

ハードコーティングと耐摩耗性コーティング

ハードコーティングと耐摩耗性コーティングは、真空コーティング技術を通じて調製され、耐摩耗性とサービス寿命を改善するために、ツール、カビ、機械部品で広く使用されています。

腐食防止コーティングの適用

腐食防止コーティングは、クロムやチタンなどの腐食耐性材料の層を、真空コーティング技術を通じて金属表面に堆積し、腐食抵抗を強化し、機器のサービス寿命を延ばします。

D.新興分野のアプリケーション

ナノテクノロジーにおける真空コーティング

ナノテクノロジーでは、真空コーティングを使用して、ナノスケール構造とナノワイヤ、ナノ粒子、量子ドットなどの薄膜を調製し、電子機器、オプトエレクトロニクス、触媒などのフィールドに適用されます。

生物医学的アプリケーション

真空コーティング技術は、生物医学アプリケーションで使用され、生体適合性フィルム、センサー、医療機器の表面で機能的なコーティングを製造し、パフォーマンスと安全性を向上させます。