咸宁学生服务

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        技術與服務

        Technology and Services
        • PVD技術
        • 濺射技術
        • 電弧蒸發
        • 電子束蒸發
        • PMAII
        • EFC
        • HIPIMS
        • PN+PVD
        • DLC
        • PACVD
        • CVD
        • RIE
        PVD技術

        物理氣相沉積 (PVD)

        PVD 是物理氣相沉積的縮寫,PVD是在真空狀態下材料蒸發沉積的技術,真空腔室是必備的條件,以避免蒸發出的材料和空氣反應,PVD涂層用來制備新的、具有額外價值和特點的產品,如絢麗的色彩、耐磨損能力和降低摩擦。利用物理氣相沉積 (PVD) 工藝,通過冷凝大部分金屬材料并與氣體結合,如氮,形成涂層。 基體材料是從固態轉化為氣態,并如在電弧工藝中一樣被接受到的熱能電離,或者如在濺射工藝中一樣由動能電離。PVD技術是環保無污染的,總體來講,匯成真空專注于PVD鍍膜。

        “物理氣相沉積”(PVD)涵蓋了薄膜技術領域的特殊工藝。它指代一切在真空基礎下運用物理方式在基片表面沉積薄膜的鍍膜工藝。

        濺射工藝作為最為經濟的沉積方法,在眾多工藝中被視作標準鍍膜技術,廣泛應用于多種工業領域。濺射工藝如此流行的主要原因之一,是可以在種類繁多的基材上沉積多種材料。

        濺射工藝廣泛應用于多種領域,例如,半導體工業表面處理、光學工業偏振濾鏡的生產或建筑玻璃工業大面積表面鍍膜等。

        我們不僅向客戶提供鍍膜設備,而且自行研發生產濺射靶材。我們的專業經驗在超過15年的實踐經驗中不斷得以完善。

        所有PVD工藝中,用于生長薄膜的材料最初均為固體形式,且常被置于工藝腔室內的某處,比如,濺射靶材中。為使材料氣化且隨后能以薄膜的形式聚合沉積到基材表面,工藝過程中將應用到多種方式 (例如,使用短時、高能量的射頻脈沖、加電弧、通過離子或電子轟擊等)。

        在熱蒸發沉積工藝中,用于生長薄膜的材料將被電加熱器加熱,直至其轉化為氣態。PVD方法譜系也包括分子束外延和離子束濺射鍍膜。上述方法產出的薄膜純度超高、均勻性極好,而且對基材的附著力極強。PVD鍍膜比傳統電化學工藝更為環保,可利用其作為替代傳統電化學工藝廣泛應用于多種領域。

        濺射技術

        濺射是物理氣相沉積技術的另一種方式,濺射的過程是由離子轟擊靶材表面,使靶材材料被轟擊出來的技術。惰性氣體,如氬氣,被充入真空腔內,通過使用高電壓,產生輝光放電,加速離子到靶材表面,氬離子將靶材材料從表面轟擊(濺射)出來,在靶材前的工件上沉積下來,通常還需要用到其它氣體,如氮氣和乙炔,和被濺射出來的靶材材料發生反應,形成化合物薄膜。濺射技術可以制備多種涂層,在裝飾涂層上具有很多優點(如Ti、Cr、Zr和碳氮化物),因為其制備的涂層非常光滑,這個優點使濺射技術也廣泛應用于汽車市場的摩擦學領域(例如,CrN、Cr2N及多種類金剛石(DLC)涂層)。高能量離子轟擊靶材,提取原子并將它們轉化為氣態,利用磁控濺射技術,可以對大量材料進行濺射。



        濺射工藝的示意圖


        濺射技術的優點:
        + 靶材采用水冷,減少熱輻射
        + 不需要分解的情況下,幾乎任何金屬材料都可以作為靶材濺射
        + 絕緣材料也可以通過使用射頻或中頻電源濺射
        + 制備氧化物成為可能(反應濺射)
        + 良好的涂層均勻性
        + 涂層非常光滑(沒有液滴)
        + 陰極(最大2m長)可以放置在任何位置,提高了設備設計的靈活性

        濺射技術的缺點:
        - 與電弧技術比較,較低的沉積速率
        - 與電弧相比,等離子體密度較低(~5%),涂層結合力和涂層致密度較低

        濺射技術有多種形式,這里我們將解釋其中的一些,這些濺射技術都能在匯成真空生產的真空鍍膜設備上實現。
        + 磁控濺射 使用磁場保持靶材前面等離子體,強化離子的轟擊,提高等離子體密度。
        + UBM 濺射是非平衡磁控濺射的縮寫。使用增強的磁場線圈加強工件附近的等離子密度??梢缘玫礁又旅艿耐繉?。在UBM過程中使用了更高的能量,所以溫度也會相應升高。
        + 閉合場濺射 運用磁場分布限制等離子體于閉合場內。降低靶材材料對真空腔室的損失并使等離子體更加靠近工件??梢缘玫街旅芡繉?,并且使真空腔室保持相對清潔。
        + 孿生靶濺射(DMS)是用來沉積絕緣體涂層的技術。交流電(AC)作用在兩個陰極上,而不是在陰極和真空腔室之間采用直流(DC)。這樣使靶材具有自我清理功能。孿生靶磁控濺射用來高速沉積如氧化物涂層。
        + HIPIMS+ (高功率脈沖磁控濺射)采用高脈沖電源提高濺射材料的離化率。運用HIPIMS+ 制備的涂層兼具了電弧技術和濺射技術的優點。HIPIMS+ 形成致密涂層,具有良好涂層結合力,同時也是原子級的光滑和無缺陷的涂層。

        電弧蒸發

        電弧蒸發是物理氣相沉積的一種方式,PVD應用于硬質涂層方面就是從電弧技術開始的,電弧技術最早起源于電焊,將被蒸發的固體金屬(靶材)置于真空腔室內,產生輝光放電后,在靶材表面運行,靶材在很小的范圍內蒸發,大概是幾個微米大小。電弧的運動是由磁場所控制的,蒸發出的金屬離子形成的等離子體將沉積于工件表面,這些工件是在真空腔內旋轉運動,電弧制備的涂層通常被用于工具和零部件的表面涂層,例如,TiN, AlTiN, AlCrN, TiSiN, TiCN, CrCN 和 CrN。蒸發的金屬被電離同時加速進入電場,電弧工藝中實現蒸發材料的高度電離,沉積涂層具有優異的附著力。



        電弧工藝的示意圖


        電弧技術的優點:
        + 高沉積速率(~1-3 μm/h) 
        + 高離化率,形成結合力好,致密的涂層 
        + 靶材冷卻,涂層工件受熱較少,這樣可以在低于100°C以下沉積 
        + 可以蒸發多種成分的金屬,剩余固態靶材成分不變 
        + 陰極可以放置在任何位置(水平、垂直、上部和下部),設備設計靈活

        電弧技術的主要缺點:
        - 靶材材料受限
        - 只能使用金屬(不包含氧化物),導致蒸發溫度不會低 
        - 由于很高的電流密度,一些靶材材料以小液滴的形式被蒸發濺出

        電子束蒸發

        電子束蒸發

        帶有縱向光束掃描的車身

        帶有噴槍的系統,以及用于較厚層的單,多口袋和大容量坩堝的全數字光束掃掠儀。

        帶有坩堝轉塔系統的定制電子槍震源,用于特殊應用,并延長了震源維護之間的產品時間。

        離子輔助蒸發(IAD)

        離子源技術可為光子學和光電子學領域的應用提供更低的工藝溫度,更短的工藝時間以及增強的薄膜性能。

        HCEE系列電子束蒸發光學鍍膜機采用先進電子槍蒸發、離子輔助沉積技術(IAD),可為全球客戶提供用于精密光學,光電和半導體領域的薄膜沉積和蝕刻。

        從介質膜系和金屬膜,到TCO膜及其他化合物,都可以按照客戶需求進行設計,制備具有優異的厚度均勻性以及最嚴格的光學,機械和環境可靠性能的產品。

        HCVAC為您提供完整的解決方案,包括平臺上的工藝和基板治具,并具有驗證的生產可靠性,以及最佳的成本優勢。

        PMAII

             第二代增強磁控電弧涂層技術獨有的磁場控制技術使電弧在靶材整個表面做快速的移動,靶材表面被均勻刻蝕,涂層表面光滑致密,優化了涂層結合力。



        技術特點:

           (1)電磁和永磁復合磁場驅動。

           (2)提高靶材利用率。

           (3)增強等離子體密度。

           (4)有效抑制“大液體”。

           (5)增大有效鍍區。


        EFC

        電磁過濾陰極技術(EFC)

        脈沖電磁場與固定磁場復合在整個靶材表面掃描使靶材表面被均勻刻蝕,獨有的電磁電源可以正反方向輸出,控制弧斑在靶面均勻縮放,減少大顆粒的產生,涂層致密光滑。

        特點:

        • 制備新金屬化合物,或制備氮化物薄膜(氮氣氛圍)
        • 制備非晶碳,納米鉆石以及碳納米管的納米顆粒
        • 用熱電材料靶材制備熱電效應薄膜

        HIPIMS

               HIPIMS是高功率脈沖磁控濺射技術(High power impulse magnetron sputtering)的簡稱,其原理是利用較高的脈沖峰值功率和較低的脈沖占空比來產生高濺射金屬離化率的一種磁控濺射技術,HIPIMS的峰值功率可以達到MW級別,但由于脈沖作用時間短,其平均功率與普通磁控濺射一樣,這樣陰極不會因過熱贈增加靶材冷卻。HIPIMS綜合了磁控濺射低溫沉積、表面光滑、無顆粒缺陷和電弧離子鍍金屬離化率高、膜層結合力強、涂層致密的優點,且離子束流不含大顆粒,在控制涂層微結構的同時獲得優異的膜基結合力,在降低涂層內應力及提高膜層致密性、均勻性等方面具有閑著的優勢,被認為是PVD發展史上近30年來很重要的一項技術突破,特別是在硬質涂層和功能涂層的應用方面有顯著優勢。

        圖1  HIPIMS峰值電壓和電流曲線圖

        表1  HIPIMS與直流磁控管參數比較

        參數 HIPIMS 直流磁控管
        工作壓力 10-4~10-2 Torr 10-4~10-2 Torr
        陰極電流密度 JMAX≤10A/cm2 JMAX≤0.1A/cm2
        放電電壓 0.5 – 1.5 kV 0.3 – 0.6 kV
        血漿密度 ≤ 1013 cm-3 ≤ 1011 cm-3
        陰極功率密度 1 – 3 kW/cm2 < 0.1 kW/cm2
        電離分數 30% – 90% < 1%

              HIPIMS中靶材上的高峰值功率脈沖導致等離子體電子密度高達1019m-3,這比DCMS濺射法高三個數量級。這些高的等離子體密度促進濺射材料的電離,形成電離的濺射材料通量,其中電離分數可達到90%。離子通量受到電磁力的作用,因此可以控制其方向和能量。通過精確控制,目標材料離子通量可用于執行基板預處理以及增強薄膜和器件性能。增強的示例包括增加的膜密度以及膜附著力的顯著改善。

        PN+PVD

              對大多數中碳合金結構鋼零件, 其硬度較硬質膜低的多,僅沉積幾微米厚的PVD膜層,難以有效地提高其 耐磨性、疲勞強度以及抗塑性變形能力。鋼鐵滲氮后,在其表面形成氮的化合物和擴散層,提高了零件表層硬度。 氮化件較未滲氮件更適合作為PVD膜層的基體。

        DLC

              類金剛石涂層經常適用于汽車引擎以減少發動機的摩擦,黑色的色彩使DLC涂層在作為裝飾涂層(如:手表)上受到廣泛歡迎,并且由于其較低摩擦和無粘連系數,使其很好的運用在工具涂層。DLC涂層技術非常適用于機械的加工和鑄造/鍛造,以及鋁及塑料注塑模具的涂層。

        類金剛石(DLC)涂層技術:

              不同類型的類金剛石涂層,具有不同的生產技術。DLC涂層適用于極端磨損情況和高相對速度,甚至是在無潤滑運轉的條件下使用,具有卓越的耐磨蝕性、抗摩擦氧化性和附著性(防磨損),可承受在正常條件下會立刻導致磨損和冷焊的表面壓力,將摩擦損失降至最小,良好的耐腐蝕性使基體免受破壞性攻擊。

        PACVD

              是等離子體輔助化學氣相沉積的縮寫,有時也寫作PECVD,E代表增強的意思。在PVD過程中,涂層材料是從固體形式蒸發得到;而在PACVD過程中,涂層是從氣體形式得到,氣體,如HMDSO(六甲基二甲硅醚)在等離子體作用下,大約200 oC時發生裂解,非反應氣體,如氬氣,可以使離子沉積到工件表面并形成很薄的涂層,類金剛石(DLC)涂層就是PACVD技術制備的很好的例子,通常應用于摩擦學和汽車行業。

             等離子體輔助化學氣相沉積 (PACVD) 用于沉積 DLC 涂層, 通過等離子體激發和電離,激活工藝中的化學反應,借助此工藝,我們可以在約 200 °C 的低溫下使用脈沖輝光或高頻放電進行沉積,用 PACVD 生成的類金剛石涂層具有摩擦系數低和可擴展的表面硬度特性。

        CVD

        化學氣相沉積(CVD)

        CVD是一種成熟的技術,用于沉積各種不同組份和厚度的,甚至可以沉積低至幾個原子層厚度的。

        特點:

        • 晶片襯底直接放在電極上, 可加熱至1200?C
        • 通過上電極的“噴頭”將氣體注入工藝腔室
        • 固/液態源被應用于新工藝中,如MOCVD、氧化鋅CVD等
        • 帶預真空室和自動傳送樣品到加熱的工作臺上,節省了加熱和冷卻的時間
        • 等離子增強型選項,可用于沉積、材料的等離子輔助轉化或功能化,以及腔室清洗
        • 在同一腔室內可實現多種工藝


        RIE

        反應離子刻蝕(RIE)
        RIE是一種操作簡單且經濟實用的通用等離子體刻蝕手段。單射頻等離子體源同時決定了離子密度和能量。

        特點

        選擇多種類型的刻蝕工藝:

        • 化學刻蝕——各向同性,高速率
        • 離子誘導刻蝕——各向異性,中等速率
        • 物理刻蝕——各向異性,低速率
        • 廣泛應用于反向解剖工藝和失效分析中


        您想要了解更多嗎?

        電話:13316689188

        郵箱:office@hcvac.com

        咸宁学生服务
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