Giới thiệu về công nghệ phủ chân không hoặc màng mỏng Ngày 9 tháng 11 năm 2020

Màng mỏng là các lớp vật liệu trên bề mặt có độ dày dưới một nanomet và lên đến một micromet. Có nhiều lý do để phủ một lớp màng mỏng lên thiết bị. Đây là một vài ví dụ: 

• Màng bảo vệ chống ăn mòn
• Lớp trang trí trên đồ trang sức hoặc phụ kiện phòng tắm
• Bảo vệ dụng cụ chống mài mòn 
• Nhiều lớp để cải thiện các đặc tính quang học của mắt kính
• Sản xuất chất bán dẫn hoặc pin mặt trời
• Sản xuất màn hình cảm ứng
• Màn hình hiển thị HUD trong ngành công nghiệp ô tô 
• Gương của đèn phản xạ
• Giấy bạc đóng gói để bảo quản độ tươi
• Kính kiến trúc để cách nhiệt
• Nội soi bàn phím

Danh sách này không đầy đủ và các ứng dụng mới liên tục xuất hiện

Mặc dù đây là một khoa học và công nghệ thú vị và đang phát triển ngày nay, nhưng nó có nguồn gốc từ các thí nghiệm diễn ra hơn 150 năm trước, khi W.R. Grove lần đầu tiên quan sát thấy hiệu ứng phún xạ vào năm 1852 và Michael Faraday nghiên cứu sự bay hơi hồ quang tạo thành màng vào năm 1857.

Vào đầu thế kỷ 20, các nguyên tắc cơ bản của các kỹ thuật phủ khác nhau đã được nghiên cứu và các sản phẩm phủ thương mại đầu tiên, như bộ phản xạ nhôm hóa hoặc điện trở màng mỏng, đã được đưa ra thị trường vào những năm 1930. Sau thế giới thứ hai, công nghệ đã bùng nổ. 

Ngày nay, chúng ta phân biệt các kỹ thuật khác nhau được sử dụng để lắng đọng một lớp màng mỏng trên một chất nền thành Lắng đọng hơi vật lý (PVD) hoặc Lắng đọng lớp hóa học (CVD). Chân không đóng một vai trò thiết yếu trong PVD đòi hỏi chân không cao. Chân không cũng là một phần của hầu hết các ứng dụng CVD.

Công nghệ tiên tiến nhất là bay hơi nhiệt. Vật liệu nóng chảy và bay hơi ở nhiệt độ cao và hơi nước lắng đọng trên mục tiêu. Nhiệt độ cần thiết có thể được lấy từ biểu đồ dưới đây.

Có thể bay hơi bằng cách làm nóng dây bằng điện hoặc lắng đọng nó trong chén đựng mẫu có điểm nóng chảy cao hơn đáng kể. Một cách khác là làm nóng chảy nó bằng cách sử dụng chùm tia điện tử.

Trong cả hai trường hợp, cần có chân không cao từ 10-07 đến 10-05 mbar trong quá trình phủ, tùy thuộc vào kích thước của buồng chân không và chất lượng lớp yêu cầu. Lý do là gì ư?

• Để đảm bảo đường dẫn tự do trung bình của các nguyên tử bay hơi dài hơn nhiều so với khoảng cách từ nguồn đến đích. Điều này đảm bảo rằng các nguyên tử đến không bị phân tán bởi các phân tử khí còn lại.

• Để cung cấp bề mặt sạch. Nếu không, các nguyên tử bay hơi sẽ không dính tốt và sẽ tạo thành một lớp không ổn định. 

Một cách khác để phủ mẫu là phún xạ. Lắng đọng phún xạ sử dụng một vật liệu mục tiêu bị bombard bởi các ion tăng tốc ra khỏi plasma. Khí plasma được sử dụng phổ biến nhất là Argon. Các ion Argon phún xạ các nguyên tử của vật liệu mục tiêu phủ lớp bề mặt. Do năng lượng cao hơn của các nguyên tử phún xạ, chúng bám dính tốt hơn nếu được áp dụng thông qua bay hơi nhiệt. Tuy nhiên, phún xạ đòi hỏi kỹ thuật hệ thống mở rộng hơn hoạt động trong điều kiện chân không. Trong khi quy trình phún xạ sử dụng Plasma Argon chạy ở áp suất trên 5 x 10-04 (và lên đến 1 x 10-02) mbar, thì cần áp suất cuối trong phạm vi 10-06 mbar để vệ sinh và đảm bảo độ tinh khiết của mỗi lớp.