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Technologie et service

Connaissances de base sur l'évaporation sous vide

1>. Évaporation sous vide
L'évaporation sous vide, aussi appelée évaporation, désigne le procédé consistant à évaporer le matériau de revêtement (ou film) et à le vaporiser par chauffage et évaporation sous vide. Les particules se déposent alors à la surface du substrat pour former un film. L'évaporation est la technologie de dépôt en phase vapeur la plus ancienne et la plus répandue. Elle présente les avantages d'une méthode de formation de film simple, d'une grande pureté et d'une grande compacité du film mince, ainsi que d'une structure et de performances uniques.
2>. Principe de fonctionnement
Le processus physique d'évaporation comprend : l'évaporation ou la sublimation du matériau déposé en particules gazeuses → le transport rapide des particules gazeuses de la source d'évaporation à la surface du substrat → les particules gazeuses se fixent à la surface du substrat pour se nucléer, se développer en un film solide → la reconstitution d'atomes en couche mince ou produire une liaison chimique.
Le substrat est placé dans une chambre à vide et chauffé par résistance, faisceau d'électrons, laser et autres méthodes afin d'évaporer ou de sublimer le matériau du film et de le vaporiser en particules (atomes, molécules ou agrégats) avec une certaine énergie (0,1 à 0,3 eV). Les particules gazeuses sont transportées vers le substrat selon un mouvement linéaire pratiquement sans collision. Certaines particules atteignant la surface du substrat sont réfléchies, tandis que l'autre partie est adsorbée sur le substrat et se propage à la surface. Cela entraîne des collisions bidimensionnelles entre les atomes déposés pour former des agrégats. Certaines particules peuvent rester brièvement à la surface avant de s'évaporer. Les agrégats de particules entrent constamment en collision avec des particules diffuses, absorbant ou émettant des particules individuelles. Ce processus se répète à plusieurs reprises et, lorsque le nombre de particules accumulées dépasse une certaine valeur critique, un noyau stable se forme. Il continue ensuite d'adsorber et de diffuser les particules et croît progressivement pour finalement former un film mince continu par contact et fusion des noyaux stables adjacents.
3>. Paramètres clés
Pression de vapeur saturante (PV) : Pression à laquelle la vapeur du matériau évaporé dans une chambre à vide est en équilibre avec un solide ou un liquide à une température donnée. La courbe de relation entre la pression de vapeur saturante et la température est essentielle pour la technologie de fabrication des films, car elle peut nous aider à sélectionner rationnellement les matériaux d'évaporation et à déterminer les conditions d'évaporation.

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Principe du revêtement sous vide PECVD

Le PECVD (dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma) est une technologie permettant de déposer des couches minces à la surface de substrats. Son principe comprend principalement les étapes suivantes :
1. Introduction de précurseurs gazeux : introduction de précurseurs gazeux spécifiques (tels que le silane, l'ammoniac, etc.) dans la chambre de réaction. Ces gaz, dans des conditions appropriées, se décomposent et forment un film solide.
2. Génération de plasma : Le plasma est généré dans la chambre de réaction par l'application d'un champ électrique haute fréquence ou d'un courant continu. Ce processus excite les molécules de gaz, les ionise et génère des particules chargées (électrons, ions, etc.) et des particules neutres.
3. Réaction chimique : Sous l'action du plasma, le précurseur gazeux se décompose en espèces actives (atomes, molécules, etc.), qui réagissent à la surface du substrat pour former un film mince. Grâce à la présence de plasma, la vitesse de réaction est généralement élevée et le dépôt peut se faire à basse température, ce qui le rend adapté aux matériaux thermosensibles.
4. Dépôt de couches minces : les espèces actives s'agrègent à la surface du substrat et subissent des réactions chimiques pour former des couches solides. Au cours du processus de dépôt, l'ajustement de paramètres tels que la température, la pression et le débit de gaz peut affecter la qualité et les propriétés de la couche.
5. Contrôle des caractéristiques des films minces : En modifiant le type, le débit, la pression de réaction et la puissance du plasma du précurseur, le dépôt de différents types de films minces, tels que le nitrure de silicium, l'oxyde de silicium, etc., peut être réalisé pour réguler leurs propriétés électriques, optiques et mécaniques.
Le PECVD est largement utilisé dans les semi-conducteurs, les dispositifs optoélectroniques, les cellules solaires et d'autres domaines, et est apprécié pour ses avantages en termes de qualité de couche mince et de conditions de dépôt.

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Pulvérisation.PVD

1. Le revêtement par pulvérisation magnétron est bien meilleur que le revêtement par arc ionique et il y a moins de particules de gouttelettes grossières.
2. La force de liaison film-substrat est supérieure à celle du revêtement par évaporation sous vide. Dans ce dernier, l'énergie des atomes de la couche de film correspond uniquement à l'énergie thermique transportée lors de l'évaporation, soit 0,1 à 0,2 eV ; tandis que dans le revêtement par pulvérisation cathodique magnétron, l'énergie des particules de la couche de film est générée par les ions argon et les atomes de surface de la cible. L'échange et l'échange d'impulsions peuvent améliorer la force de liaison membrane-base.
3. La composition du film est proche de celle du matériau cible. La couche de film obtenue par pulvérisation cathodique magnétron est pulvérisée depuis la cible par des ions argon, et sa composition est très proche de celle du matériau cible. Le phénomène de « fractionnement » ou de « décomposition » qui en résulte est relativement léger comparé à celui du placage par évaporation. Cependant, lors du revêtement d'un film fonctionnel soumis à des exigences de performances très strictes, une certaine quantité de gaz réactif doit généralement être ajoutée pendant le processus de pulvérisation cathodique afin que la composition du film composite respecte le rapport stœchiométrique et garantisse les performances du film.
4. Le revêtement présente de bonnes performances. La pression de vide du revêtement par pulvérisation cathodique est faible. Le libre parcours des molécules de gaz est court, la probabilité de collision est élevée et, par rapport au revêtement par évaporation, la capacité de diffusion des particules du film est élevée, les performances du revêtement sont bonnes et l'épaisseur du film est uniforme.
5. La cible de pulvérisation cathodique est une source de revêtement surfacique. La longueur des cibles planes et cylindriques peut atteindre 300 à 3 000 mm. Bien que linéaires, ces deux sources de revêtement, combinées au mouvement continu de la pièce, permettent de déposer de grandes surfaces. En déposant un film sur une surface de verre de 3 300 mm de large, on obtient une couche uniforme de couleurs et de transmittances variées. La pulvérisation cathodique est largement utilisée pour le dépôt de couches minces de grande surface.
6. Appliquer une tension de polarisation à la pièce. Initialement, la technologie de pulvérisation cathodique magnétron était utilisée. Aujourd'hui, la technologie de revêtement par pulvérisation cathodique magnétron est largement utilisée sur les substrats métalliques. L'application d'une tension de polarisation négative à la pièce pour améliorer la qualité du film est devenue la technologie dominante pour le revêtement de films fonctionnels spéciaux et de produits décoratifs haut de gamme.

Pulvérisation.PVD

Type de film

Matériel cinématographique

Substrat

Caractéristiques et application du film

Film métallique

Cr

IAZn

Pt

Dans

Avoir,AvecIA

PÀ

ÀDANSDeParement

ÀÀIAPt

acier, acier doux

Alliage de titane, acier à haute teneur en carbone, acier doux

alliage de titane

verre dur

plastique

Nickel, Inconel

acier, acier inoxydable

silicium

Anti-usure (pièces mécaniques)

Anticorrosion (avions, navires, automobiles)

Anti-oxydation, anti-fatigue

résistant à l'usure

Augmenter la réflectivité, la décoration

lisse

Résistance à la chaleur (tuyaux d'échappement, automobiles, moteurs d'avion)

Contacts électriques, fils

Alliage

Bronze IA

Co-Cr-AI-Y

Acier inoxydable

Acier à moyenne et haute teneur en carbone

Alliages de nickel, alliages haute température

plastique

Lubrification (pièces rotatives à grande vitesse)

antioxydant

décorer

Non métallique

B

C

titane

Silicium, fer, aluminium, verre

résistant à l'usure

anticorrosion

composé chimique

composé chimiqueTiN

AIN

CrN

SI3N4

Tic

Divers aciers

Pour

IA

Pour

Pour

Anti-corrosion, anti-usure (petits travaux mécaniques, outillage)

antioxydant

résistant à l'usure

antioxydant

Anti-abrasion (outillage ultra-dur)

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