वैक्यूम कोटिंग का सिद्धांत सामने आया है: तकनीकी नींव, प्रक्रिया प्रवाह और उद्योग अनुप्रयोग

यह एक पतली फिल्म बनाने के लिए कम दबाव वाले वातावरण में भौतिक या रासायनिक तरीकों का उपयोग करके एक सब्सट्रेट सतह पर सामग्री जमा करने की एक प्रक्रिया है। इस तकनीक के माध्यम से, उच्च-शुद्धता और उच्च-सटीक पतली फिल्म बयान प्राप्त किया जा सकता है, जिससे यह विशिष्ट ऑप्टिकल, विद्युत, यांत्रिक और अन्य गुण प्रदान करता है। इसलिए, वैक्यूम कोटिंग का आधुनिक उद्योग में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य है। उदाहरण के लिए, अर्धचालक विनिर्माण में, वैक्यूम कोटिंग का उपयोग वेफर्स पर विभिन्न कार्यात्मक परतों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है; ऑप्टिक्स के क्षेत्र में, कोटिंग के माध्यम से विरोधी प्रतिबिंब और विरोधी प्रतिबिंब प्रभाव प्राप्त किए जा सकते हैं; यांत्रिक विनिर्माण में,वैक्यूम कोटिंगघटकों के पहनने के प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध में सुधार कर सकते हैं।

वैक्यूम कोटिंग का मूल सिद्धांत

ए वैक्यूम प्रौद्योगिकी के मूल सिद्धांतों

1। वैक्यूम की परिभाषा और माप

वैक्यूम एक वायुमंडलीय दबाव (760 मिलीमीटर पारा, 101325 पीए) के नीचे एक गैस वातावरण को संदर्भित करता है। वैक्यूम के विभिन्न डिग्री के अनुसार, वैक्यूम को कम वैक्यूम, मध्यम वैक्यूम, उच्च वैक्यूम और अल्ट्रा-हाई वैक्यूम में विभाजित किया जा सकता है। वैक्यूम की डिग्री का माप आमतौर पर दबाव गेज का उपयोग करके किया जाता है, जैसे कि मैकलेहोज प्रेशर गेज, पिरानी गेज और कोल्ड कैथोड गेज।

2। वैक्यूम अधिग्रहण विधि

मैकेनिकल पंप: मैकेनिकल पंप यांत्रिक आंदोलन के माध्यम से गैस का निर्वहन करते हैं, आमतौर पर रोटरी वेन पंप और डायाफ्राम पंप सहित। ये पंप कम और मध्यम वैक्यूम प्राप्त करने के लिए उपयुक्त हैं।

आणविक पंप: एक आणविक पंप उच्च और उच्च-उच्च वैक्यूम प्राप्त करने के लिए उपयुक्त, यांत्रिक रूप से निष्कासित गैस के लिए एक उच्च गति वाले घूर्णन रोटर का उपयोग करता है।

टर्बोपम्प: टर्बोमोलेक्यूलर पंप यांत्रिक पंप और आणविक पंप के फायदों को जोड़ती है, मल्टी-स्टेज रोटेटिंग ब्लेड के माध्यम से कुशल पंपिंग को प्राप्त करती है, और उच्च वैक्यूम सिस्टम में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है।

B. पतली फिल्म भौतिकी

पतली फिल्मों के वर्गीकरण और बुनियादी गुण

तैयारी विधि और उद्देश्य के अनुसार, पतली फिल्मों को धातु की फिल्मों, सिरेमिक फिल्मों, बहुलक फिल्मों आदि में विभाजित किया जा सकता है। पतली फिल्मों के मूल गुणों में मोटाई, एकरूपता, आसंजन, कठोरता, ऑप्टिकल गुण (जैसे प्रसारण और परावर्तकता), और विद्युत गुण (जैसे चालकता और डायलेक्ट्रिक स्थिरांक) शामिल हैं।

पतली फिल्म विकास की मूल प्रक्रिया और तंत्र

पतली फिल्मों की वृद्धि प्रक्रिया में आमतौर पर न्यूक्लिएशन, द्वीप विकास, सन्निहित और स्तरित विकास जैसे चरण शामिल होते हैं। न्यूक्लिएशन एक प्रारंभिक चरण है जिसमें परमाणु या अणु सब्सट्रेट सतह पर छोटे द्वीपों को बनाने के लिए इकट्ठा होते हैं; जैसे -जैसे समय बीतता है, ये छोटे द्वीप धीरे -धीरे चादरों में जुड़ते हैं, अंततः एक निरंतर पतली फिल्म बनाते हैं। विकास तंत्र भौतिक गुणों, सब्सट्रेट सतह राज्य, बयान तापमान और बयान दर जैसे कारकों से प्रभावित होता है।

सी। सामग्री विज्ञान विज्ञान

सामान्य कोटिंग सामग्री और उनकी विशेषताएं

सामान्य कोटिंग सामग्री में धातु (जैसे एल्यूमीनियम, सोना, प्लैटिनम), अर्धचालक (जैसे सिलिकॉन और जर्मेनियम), सिरेमिक (जैसे एल्यूमीनियम ऑक्साइड और सिलिकॉन नाइट्राइड), और कार्बनिक पदार्थ (जैसे पॉलिमर) शामिल हैं। विभिन्न सामग्रियों में अलग -अलग भौतिक और रासायनिक गुण होते हैं, और कोटिंग सामग्री का चयन करते समय, विशिष्ट अनुप्रयोगों में उनकी प्रदर्शन आवश्यकताओं पर विचार करने की आवश्यकता होती है।

सामग्री चयन के लिए सिद्धांत और मानक

सामग्री चयन के सिद्धांतों में रासायनिक स्थिरता, यांत्रिक गुण, ऑप्टिकल गुण और विद्युत गुण शामिल हैं। मानकों में आमतौर पर पतली फिल्मों की गुणवत्ता और कार्यात्मक विशेषताओं को सुनिश्चित करने के लिए सामग्री की शुद्धता, कण आकार, अशुद्धता सामग्री आदि शामिल होती है।

वैक्यूम कोटिंग के मुख्य तरीके और सिद्धांत

A. भौतिक वाष्प जमाव (PVD)

अवलोकन और वर्गीकरण

भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) एक ऐसी तकनीक है जो सब्सट्रेट सतह पर सामग्री जमा करने के लिए भौतिक प्रक्रियाओं का उपयोग करती है। मुख्य श्रेणियों में वाष्पीकरण कोटिंग, स्पटरिंग कोटिंग और आयन चढ़ाना शामिल हैं।

विशिष्ट प्रक्रिया सिद्धांत और चरण

वाष्पीकरणीय कोटिंग: सामग्री उच्च तापमान पर वाष्पित हो जाती है और एक वैक्यूम सिस्टम के माध्यम से सब्सट्रेट पर एक पतली फिल्म जमा करती है। सामान्य गर्मी स्रोतों में प्रतिरोध हीटिंग और इलेक्ट्रॉन बीम हीटिंग शामिल हैं।

स्पटरिंग कोटिंग: अक्रिय गैस आयनों के साथ बमबारी करके, लक्षित सामग्री परमाणुओं को एक पतली फिल्म बनाने के लिए सब्सट्रेट पर थूक दिया जाता है। सामान्य तरीकों में डीसी स्पटरिंग और आरएफ स्पटरिंग शामिल हैं।

आयन चढ़ाना: एक आयन स्रोत की कार्रवाई के तहत, आयनित सामग्री को सब्सट्रेट पर जमा करने के लिए त्वरित किया जाता है, आमतौर पर उच्च कठोरता कोटिंग्स तैयार करने के लिए उपयोग किया जाता है।

लाभ, नुकसान, और आवेदन का दायरा

पीवीडी तकनीक के लाभों में पतली फिल्म घनत्व, मजबूत आसंजन और कम प्रक्रिया तापमान शामिल हैं

, लेकिन उपकरण जटिल है और लागत अधिक है। धातु, मिश्र धातु और सिरेमिक पतली फिल्मों की तैयारी के लिए उपयुक्त, व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रकाशिकी और सजावट के क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

बी। रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी)

सीवीडी की मूल अवधारणा

रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से एक सब्सट्रेट सतह पर पतली फिल्मों को जमा करने की एक तकनीक है। प्रतिक्रिया गैस उच्च तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं को विघटित या गुजरती है, ठोस जमा उत्पन्न करती है।

विभिन्न सीवीडी विधियाँ

कम दबाव CVD (LPCVD): कम दबाव के वातावरण में प्रतिक्रिया करता है, उच्च फिल्म की गुणवत्ता और अच्छी एकरूपता के साथ, अर्धचालक उद्योग के लिए उपयुक्त है।

प्लाज्मा एन्हांस्ड सीवीडी (PECVD): रासायनिक प्रतिक्रियाओं में तेजी लाने के लिए प्लाज्मा का उपयोग करना और प्रतिक्रिया तापमान को कम करना, तापमान संवेदनशील सामग्री के लिए उपयुक्त।

धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (MOCVD): अग्रदूतों के रूप में धातु कार्बनिक यौगिकों का उपयोग करते हुए, यह जटिल यौगिक पतली फिल्मों, जैसे कि III-V सेमीकंडक्टर सामग्री तैयार करने के लिए उपयुक्त है।

प्रक्रिया विशेषताओं और अनुप्रयोग उदाहरण

सीवीडी प्रक्रिया की विशेषताएं घनी फिल्म, उच्च शुद्धता और अच्छी एकरूपता, लेकिन उच्च तापमान और जटिल उपकरण हैं। व्यापक रूप से अर्धचालक उपकरणों, सौर कोशिकाओं, ऑप्टिकल कोटिंग्स और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

सी। परमाणु परत जमाव (ALD)

अद्वितीय तंत्र और ALD का चरण

परमाणु परत जमाव (ALD) एक ऐसी तकनीक है जो अग्रदूत गैस और प्रतिक्रिया गैस की आपूर्ति करके, और सब्सट्रेट सतह पर परत द्वारा परमाणु परत परत को जमा करके पतली फिल्मों की मोटाई को ठीक से नियंत्रित करती है। इसका अनूठा आत्म सीमित प्रतिक्रिया तंत्र नैनोस्केल के लिए फिल्म की मोटाई के सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति देता है।

पीवीडी और सीवीडी के साथ तुलना

पीवीडी और सीवीडी के साथ तुलना में, एलडी के फायदे फिल्म की मोटाई, उच्च एकरूपता और जटिल संरचनाओं को कवर करने की मजबूत क्षमता के सटीक नियंत्रण में निहित हैं। हालांकि, बयान की गति धीमी है, जिससे यह उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जिनके लिए अत्यधिक उच्च परिशुद्धता और एकरूपता की आवश्यकता होती है।

अनुप्रयोग संभावना

एएलडी तकनीक में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, नैनोटेक्नोलॉजी और बायोमेडिसिन जैसे क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं, जैसे कि उच्च के ढांकता हुआ फिल्मों, नैनोवायर और बायोसेंसर की तैयारी।

वैक्यूम कोटिंग उपकरण और प्रक्रिया प्रवाह

A. विशिष्ट वैक्यूम कोटिंग उपकरण

कोटिंग मशीन की मूल संरचना

विशिष्ट कोटिंग उपकरण में वैक्यूम कक्ष, निष्कर्षण प्रणाली, हीटिंग सिस्टम, नियंत्रण प्रणाली और कोटिंग स्रोत शामिल हैं। वैक्यूम चैंबर एक कम दबाव वाला वातावरण प्रदान करता है, पंपिंग सिस्टम का उपयोग वैक्यूम को प्राप्त करने और बनाए रखने के लिए किया जाता है, कोटिंग स्रोत सामग्री प्रदान करता है, और नियंत्रण प्रणाली प्रक्रिया मापदंडों की निगरानी और समायोजित करता है।

सामान्य उपकरण प्रकार

वाष्पीकरणीय कोटिंग मशीन: सामग्री को वाष्पित किया जाता है और प्रतिरोध हीटिंग या इलेक्ट्रॉन बीम हीटिंग के माध्यम से सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है।

स्पटरिंग कोटिंग मशीन: लक्ष्य सामग्री परमाणुओं को मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग या रेडियो फ्रीक्वेंसी स्पटरिंग के माध्यम से सब्सट्रेट पर थूक दिया जाता है।

आयन चढ़ाना उपकरण: पतली फिल्मों को जमा करने के लिए उच्च-ऊर्जा आयन बीम उत्पन्न करने के लिए एक आयन स्रोत का उपयोग करना, आमतौर पर हार्ड कोटिंग्स की तैयारी में उपयोग किया जाता है।

बी प्रक्रिया प्रवाह

पूर्व प्रसंस्करण प्रक्रिया

कोटिंग से पहले, सब्सट्रेट सतह को सतह के प्रदूषकों और ऑक्साइड परतों को हटाने के लिए साफ करने और दिखावा करने की आवश्यकता होती है, जिससे फिल्म के आसंजन और एकरूपता को सुनिश्चित किया जाता है। सामान्य तरीकों में अल्ट्रासोनिक सफाई, रासायनिक सफाई और प्लाज्मा सफाई शामिल हैं।

कोटिंग प्रक्रिया

कोटिंग प्रक्रिया की कुंजी वैक्यूम डिग्री, तापमान, गैस प्रवाह दर और बयान दर सहित नियंत्रण मापदंडों का अनुकूलन है। ये पैरामीटर सीधे फिल्म की गुणवत्ता और प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।

डाक प्रसंस्करण प्रक्रिया

कोटिंग के बाद की फिल्म को अक्सर पोस्ट-ट्रीटमेंट की आवश्यकता होती है, जैसे कि एनीलिंग और पासेशन, भौतिक और रासायनिक गुणों और फिल्म के स्थिरता में सुधार करने के लिए।

C. प्रक्रिया नियंत्रण और अनुकूलन

वैक्यूम डिग्री, तापमान, वातावरण, आदि जैसे मापदंडों का नियंत्रण

वैक्यूम डिग्री, बयान तापमान और गैस संरचना को ठीक से नियंत्रित करके, पतली फिल्मों की विकास प्रक्रिया को अनुकूलित किया जा सकता है, और फिल्मों की एकरूपता और प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है।

कोटिंग मोटाई और एकरूपता का नियंत्रण

ऑनलाइन निगरानी प्रौद्योगिकियों जैसे कि क्वार्ट्ज क्रिस्टल माइक्रोबैलेन्स और ऑप्टिकल मॉनिटरिंग सिस्टम, वास्तविक समय की निगरानी और कोटिंग मोटाई और एकरूपता के नियंत्रण का उपयोग करके फिल्म की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए प्राप्त किया जा सकता है।

गुणवत्ता परीक्षण और मूल्यांकन विधियाँ

फिल्म की गुणवत्ता का पता लगाने में भौतिक, रासायनिक और यांत्रिक गुणों का मूल्यांकन शामिल है, जैसे कि फिल्म की मोटाई, सतह आकृति विज्ञान, रचना विश्लेषण, आसंजन, कठोरता, आदि। सामान्य तरीकों में स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम), परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम), एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी), और स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण शामिल हैं।

वैक्यूम कोटिंग के आवेदन उदाहरण

A. इलेक्ट्रॉनिक्स और अर्धचालक उद्योग

एकीकृत परिपथ विनिर्माण

वैक्यूम कोटिंग तकनीक का उपयोग एकीकृत सर्किट विनिर्माण में धातु इंटरकनेक्ट परतों, इन्सुलेशन परतों और सुरक्षात्मक परतों को जमा करने के लिए किया जाता है। उच्च-सटीक कोटिंग प्रक्रिया सर्किट प्रदर्शन और विश्वसनीयता सुनिश्चित करती है।

डिस्प्ले और सेंसर के लिए कोटिंग तकनीक

प्रदर्शन निर्माण में, वैक्यूम कोटिंग का उपयोग पारदर्शी प्रवाहकीय फिल्मों और ऑप्टिकल फिल्मों को जमा करने के लिए किया जाता है; सेंसर निर्माण में, कोटिंग तकनीक का उपयोग संवेदनशील घटकों और सुरक्षात्मक परतों को तैयार करने के लिए किया जाता है, जिससे सेंसर की संवेदनशीलता और स्थायित्व में सुधार होता है।

बी। ऑप्टिक्स और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स

ऑप्टिकल पतली फिल्मों के प्रकार और अनुप्रयोग

ऑप्टिकल पतली फिल्मों में विरोधी चिंतनशील फिल्में, विरोधी चिंतनशील फिल्में, फ़िल्टर फिल्में और चिंतनशील फिल्में शामिल हैं। फिल्मों की मोटाई और ऑप्टिकल गुणों को सटीक रूप से नियंत्रित करके, विशिष्ट ऑप्टिकल प्रभाव प्राप्त किए जा सकते हैं, जैसे कि प्रतिबिंब को कम करना, संप्रेषण को बढ़ाना और चयनात्मक फ़िल्टरिंग।

लेज़रों और ऑप्टिकल उपकरणों में कोटिंग का अनुप्रयोग

लेज़रों और ऑप्टिकल उपकरणों में, वैक्यूम कोटिंग तकनीक का उपयोग उच्च-प्रदर्शन दर्पण, खिड़कियों और लेंस के निर्माण के लिए किया जाता है, जिससे ऑप्टिकल सिस्टम की दक्षता और स्थिरता में सुधार होता है।

सी। यांत्रिक और सुरक्षात्मक अनुप्रयोग

हार्ड कोटिंग और पहनने के प्रतिरोधी कोटिंग

हार्ड कोटिंग्स और पहनने के प्रतिरोधी कोटिंग्स को वैक्यूम कोटिंग तकनीक के माध्यम से तैयार किया जाता है और उनके पहनने के प्रतिरोध और सेवा जीवन को बेहतर बनाने के लिए उपकरण, मोल्ड और यांत्रिक भागों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

एंटी-कोरियन कोटिंग्स का अनुप्रयोग

एंटी संक्षारण कोटिंग्स अपने संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाने और उपकरणों के सेवा जीवन का विस्तार करने के लिए वैक्यूम कोटिंग तकनीक के माध्यम से धातु की सतह पर, क्रोमियम और टाइटेनियम जैसे संक्षारण-प्रतिरोधी सामग्री की एक परत जमा करते हैं।

डी। उभरते क्षेत्रों में आवेदन

नैनोटेक्नोलॉजी में वैक्यूम कोटिंग

नैनो टेक्नोलॉजी में, वैक्यूम कोटिंग का उपयोग नैनोस्केल संरचनाओं और पतली फिल्मों जैसे नैनोवायर, नैनोकणों और क्वांटम डॉट्स को तैयार करने के लिए किया जाता है, जो इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स और कैटालिसिस जैसे क्षेत्रों में लागू होते हैं।

बायोमेडिकल अनुप्रयोग

वैक्यूम कोटिंग तकनीक का उपयोग बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में बायोकोम्पैटिबल फिल्मों, सेंसर और मेडिकल डिवाइस सतहों पर कार्यात्मक कोटिंग्स के निर्माण के लिए किया जाता है, जिससे उनके प्रदर्शन और सुरक्षा में सुधार होता है।