Прынцып нанясення вакуумнага выпарэння
1. Абсталяванне і фізічны працэс нанясення пакрыцця метадам вакуумнага выпарэння
Абсталяванне для вакуумнага выпарвання ў асноўным складаецца з вакуумнай камеры і сістэмы адпампоўкі. Унутры вакуумнай камеры знаходзяцца крыніца выпарэння (г.зн. награвальнік для выпарвання), падкладка і рама падкладкі, награвальнік падкладкі, сістэма адпампоўкі і г.д.
Пакрыццёвы матэрыял змяшчаецца ў крыніцу выпарэння вакуумнай камеры, і ва ўмовах высокага вакууму ён награваецца крыніцай выпарэння для выпарэння. Калі сярэдняя адлегласць свабоднага прабегу малекул пары перавышае лінейны памер вакуумнай камеры, пасля таго, як атамы і малекулы плёнкавай пары вырваліся з паверхні крыніцы выпарэння, яны рэдка сутыкаюцца з іншымі малекуламі або атамамі і непасрэдна дасягаюць паверхні пакрываемай падкладкі. З-за нізкай тэмпературы падкладкі часціцы плёнкавай пары кандэнсуюцца на ёй і ўтвараюць плёнку.
Каб палепшыць адгезію малекул выпарэння і падкладкі, падкладку можна актываваць шляхам належнага награвання або іённай ачысткі. Вакуумнае выпарэнне пакрыцця праходзіць праз наступныя фізічныя працэсы: ад выпарэння матэрыялу і яго транспарціроўкі да нанясення плёнкі.
(1) Выкарыстоўваючы розныя спосабы пераўтварэння іншых формаў энергіі ў цеплавую, плёнкавы матэрыял награваецца для выпарэння або сублімацыі ў газападобныя часціцы (атамы, малекулы або атамныя кластары) з пэўнай колькасцю энергіі (ад 0,1 да 0,3 эВ).
(2) Газападобныя часціцы пакідаюць паверхню плёнкі і транспартуюцца да паверхні падкладкі з пэўнай хуткасцю руху, практычна без сутыкнення, па прамой лініі.
(3) Газавыя часціцы, якія дасягаюць паверхні падкладкі, зліваюцца і ўтвараюць зародкі, а затым ператвараюцца ў цвёрдафазную плёнку.
(4) Рэарганізацыя або хімічная сувязь атамаў, якія складаюць плёнку.
2. Выпарны нагрэў
(1) Рэзістыўнае награванне, выпарэнне
Выпарэнне з дапамогай рэзістыўнага нагрэву — гэта найпрасцейшы і найбольш распаўсюджаны метад нагрэву, які звычайна ўжываецца для пакрыццяў з тэмпературай плаўлення ніжэй за 1500℃. Металы з высокай тэмпературай плаўлення ў форме дроту або ліста (W, Mo, Ti, Ta, нітрыд бору і г.д.) звычайна вырабляюцца ў прыдатную форму крыніцы выпарэння, загружаюцца выпарнымі матэрыяламі, пад уздзеяннем цеплыні Джоўля электрычнага току плавяцца, выпарваюцца або сублімуюцца пакрывальным матэрыялам. Форма крыніцы выпарэння ў асноўным уключае шматніткавую спіраль, U-вобразную форму, сінусоіду, тонкую пласціну, лодачнік, конусны кошык і г.д. У той жа час, метад патрабуе, каб матэрыял крыніцы выпарэння меў высокую тэмпературу плаўлення, нізкі ціск насычанай пары, стабільныя хімічныя ўласцівасці, не ўступаў у хімічную рэакцыю з пакрывальным матэрыялам пры высокай тэмпературы, быў добрай цеплаўстойлівасцю, меў невялікія змены ў шчыльнасці магутнасці і г.д. Ён выкарыстоўвае высокі ток, які праходзіць праз крыніцу выпарэння, каб нагрэць і выпарыць плёнкавы матэрыял шляхам прамога нагрэву, або змяшчае плёнкавы матэрыял у тыгель, выраблены з графіту і некаторых высокатэмпературных аксідаў металаў (напрыклад, A202, B0) і іншых матэрыялаў для ўскоснага нагрэву для выпарэння.
Пакрыццё награвальным выпарэннем з дапамогай рэзістыўнага награвання мае абмежаванні: тугаплаўкія металы маюць нізкі ціск пары, што абцяжарвае атрыманне тонкай плёнкі; некаторыя элементы лёгка ўтвараюць сплаў з дапамогай награвальнага дроту; атрымаць аднастайную плёнку сплаву няпроста. З-за простай структуры, нізкай цаны і лёгкасці ў эксплуатацыі метад выпарвання з дапамогай рэзістыўнага награвання ён з'яўляецца вельмі распаўсюджаным ужываннем.
(2) Выпарэнне з дапамогай электронна-прамянёвага нагрэву
Электронна-прамянёвае выпарэнне — гэта метад выпарвання пакрывальнага матэрыялу шляхам бамбардзіроўкі яго электронным пучком высокай шчыльнасці энергіі шляхам размяшчэння яго ў вадзяным ахаладжальным медным тыглі. Крыніца выпарэння складаецца з крыніцы электроннай эмісіі, крыніцы харчавання для паскарэння электронаў, тыгля (звычайна меднага тыгля), шпулькі магнітнага поля і набору астуджальнай вады і г.д. У гэтай прыладзе нагрэты матэрыял змяшчаецца ў вадзяным ахаладжальным тыглі, і электронны пучок бамбардзіруе толькі вельмі невялікую частку матэрыялу, у той час як большая частка астатняга матэрыялу застаецца пры вельмі нізкай тэмпературы пад уздзеяннем астуджэння тыгля, якую можна лічыць бамбардзіраванай часткай тыгля. Такім чынам, метад электронна-прамянёвага нагрэву для выпарэння дазваляе пазбегнуць забруджвання паміж пакрывальным матэрыялам і матэрыялам крыніцы выпарэння.
Структуру крыніцы электронна-прамянёвага выпарэння можна падзяліць на тры тыпы: прамыя гарматы (гарматы Буля), кольцавыя гарматы (з электрычным адхіленнем) і электронныя гарматы (з магнітным адхіленнем). У выпарную ўстаноўку можна змясціць адзін або некалькі тыгляў, якія могуць выпарваць і адкладаць мноства розных рэчываў адначасова або асобна.
Крыніцы электронна-прамянёвага выпарэння маюць наступныя перавагі.
①Высокая шчыльнасць пучка крыніцы выпарэння з электронным пучком бамбардзіроўкі можа атрымаць значна большую шчыльнасць энергіі, чым крыніца рэзістыўнага нагрэву, якая можа выпарваць матэрыялы з высокай тэмпературай плаўлення, такія як W, Mo, Al2O3 і г.д.
②Пакрыццёвы матэрыял змяшчаецца ў медны тыгель з вадзяным ахаладжэннем, што дазваляе пазбегнуць выпарэння зыходнага матэрыялу і рэакцыі паміж імі.
③Цяпло можа падводзіцца непасрэдна да паверхні пакрыцця, што павышае цеплавую эфектыўнасць і зніжае страты цеплаправоднасці і цеплавога выпраменьвання.
Недахопам метаду выпарэння з награваннем электронным прамянём з'яўляецца тое, што першасныя электроны з электроннай гарматы і другасныя электроны з паверхні матэрыялу пакрыцця будуць іянізаваць выпаральныя атамы і малекулы рэшткавага газу, што часам уплывае на якасць плёнкі.
(3) Высокачастотнае індукцыйнае награванне, выпарэнне
Высокачастотнае індукцыйнае награванне і выпарэнне заключаюцца ў тым, што тыгель з пакрыццём размяшчаецца ў цэнтры высокачастотнай спіральнай шпулькі, так што пакрыццё пад уздзеяннем высокачастотнага электрамагнітнага поля стварае моцныя віхравыя токі і гістэрэзіс, што прыводзіць да награвання плёнкавага пласта да выпарэння. Крыніца выпарэння звычайна складаецца з вадзяной ахалоджвальнай высокачастотнай шпулькі і графітавага або керамічнага (аксід магнію, аксід алюмінію, аксід бору і г.д.) тыгля. Высокачастотная крыніца харчавання выкарыстоўвае частату ад дзесяці тысяч да некалькіх сотняў тысяч Гц, уваходная магутнасць складае ад некалькіх да некалькіх сотняў кілават, і чым меншы аб'ём мембраннага матэрыялу, тым вышэйшая частата індукцыі. Індукцыйная шпулька звычайна выраблена з вадзяной ахалоджвальнай меднай трубкі.
Недахопам метаду высокачастотнага індукцыйнага нагрэву і выпарэння з'яўляецца тое, што яго няпроста рэгуляваць уваходную магутнасць, але ён мае наступныя перавагі.
①Высокая хуткасць выпарэння
②Тэмпература крыніцы выпарэння аднастайная і стабільная, таму не так проста стварыць з'яву разбрызгвання кропель пакрыцця, а таксама пазбегнуць з'явы адтулін на напыленай плёнцы.
③Крыніца выпарэння загружаецца адзін раз, і тэмпературу адносна лёгка і проста кантраляваць.
Час публікацыі: 28 кастрычніка 2022 г.