Der Prozess des Erhitzens fester Materialien in einer Hochvakuumumgebung, um sie zu sublimieren oder zu verdampfen und sie auf einem bestimmten Substrat abzuscheiden, um einen dünnen Film zu erhalten, wird als Vakuumverdampfungsbeschichtung (auch als Aufdampfbeschichtung bezeichnet) bezeichnet.
Die Geschichte der Herstellung dünner Schichten durch Vakuumverdampfung reicht bis in die 1850er Jahre zurück. 1857 begann M. Farrar mit der Vakuumbeschichtung, indem er Metalldrähte in Stickstoff verdampfte, um dünne Schichten zu bilden. Aufgrund der damaligen Niedervakuumtechnologie war die Herstellung dünner Schichten auf diese Weise sehr zeitaufwändig und unpraktisch. Bis 1930 die Öldiffusionspumpe, ein mechanisches Pumpensystem, etabliert wurde, entwickelte sich die Vakuumtechnologie rasant, wodurch die Verdampfungs- und Sputterbeschichtung zu einer praxistauglichen Technologie wurde.
Obwohl die Vakuumverdampfung eine alte Technologie zur Dünnschichtabscheidung ist, wird sie in Laboren und Industriebereichen am häufigsten eingesetzt. Ihre Hauptvorteile sind die einfache Bedienung, die einfache Steuerung der Abscheidungsparameter und die hohe Reinheit der resultierenden Filme. Der Vakuumbeschichtungsprozess lässt sich in die folgenden drei Schritte unterteilen.
1) Das Ausgangsmaterial wird erhitzt und geschmolzen, um zu verdampfen oder zu sublimieren; 2) Der Dampf wird aus dem Ausgangsmaterial entfernt, um zu verdampfen oder zu sublimieren.
2) Dampf wird vom Ausgangsmaterial auf das Substrat übertragen.
3) Der Dampf kondensiert auf der Substratoberfläche und bildet einen festen Film.
Bei der Vakuumverdampfung dünner Filme handelt es sich in der Regel um polykristalline oder amorphe Filme. Das Wachstum von Film zu Insel ist dominant und erfolgt durch zwei Prozesse: Nukleation und Filmbildung. Die verdampften Atome (oder Moleküle) kollidieren mit dem Substrat. Teilweise haften sie dauerhaft am Substrat, teilweise werden sie adsorbiert und verdampfen anschließend vom Substrat, teilweise werden sie direkt von der Substratoberfläche reflektiert. An der Substratoberfläche haftende Atome (oder Moleküle) können sich aufgrund thermischer Bewegung entlang der Oberfläche bewegen und sich beispielsweise durch Berührung mit anderen Atomen zu Clustern zusammenlagern. Cluster entstehen am ehesten bei hoher Spannung auf der Substratoberfläche oder während der Solvatationsphasen des Kristallsubstrats, da dies die freie Energie der adsorbierten Atome minimiert. Dies ist der Nukleationsprozess. Weitere Ablagerung von Atomen (Molekülen) führt zur Ausdehnung der oben erwähnten inselförmigen Cluster (Kerne), bis sie sich zu einem zusammenhängenden Film ausgedehnt haben. Struktur und Eigenschaften vakuumverdampfter polykristalliner Filme hängen daher eng mit der Verdampfungsrate und der Substrattemperatur zusammen. Generell gilt: Je niedriger die Substrattemperatur, desto höher die Verdampfungsrate und desto feiner und dichter die Filmkörnung.
–Dieser Artikel wurde veröffentlicht vonHersteller von VakuumbeschichtungsanlagenGuangdong Zhenhua
Veröffentlichungszeit: 23. März 2024