Das Verfahren, bei dem feste Materialien in einer Hochvakuumumgebung erhitzt werden, um sie zu sublimieren oder zu verdampfen und auf einem bestimmten Substrat abzuscheiden, um einen dünnen Film zu erhalten, wird als Vakuumverdampfungsbeschichtung (kurz: Verdampfungsbeschichtung) bezeichnet.
Die Geschichte der Dünnschichtherstellung mittels Vakuumverdampfung lässt sich bis in die 1850er Jahre zurückverfolgen. 1857 unternahm M. Farrar erste Versuche zur Vakuumbeschichtung, indem er Metalldrähte in Stickstoff verdampfte, um Dünnschichten zu erzeugen. Aufgrund der damals noch unzureichenden Vakuumtechnologie war die Herstellung von Dünnschichten auf diese Weise sehr zeitaufwendig und unpraktisch. Erst die Entwicklung einer mechanischen Öldiffusionspumpe und eines Pumpensystems um 1930 ermöglichte eine rasante Weiterentwicklung der Vakuumtechnologie und machte die Verdampfungs- und Sputterbeschichtung zu einem praktikablen Verfahren.
Obwohl die Vakuumverdampfung eine altbekannte Technologie zur Dünnschichtabscheidung ist, stellt sie in Labor und Industrie die gängigste Methode dar. Ihre Hauptvorteile sind die einfache Handhabung, die unkomplizierte Steuerung der Abscheidungsparameter und die hohe Reinheit der resultierenden Schichten. Der Vakuumbeschichtungsprozess lässt sich in drei Schritte unterteilen.
1) Das Ausgangsmaterial wird erhitzt und geschmolzen, um zu verdampfen oder zu sublimieren; 2) der Dampf wird vom Ausgangsmaterial abgetrennt, 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 Schichten, im Allgemeinen polykristalliner oder amorpher Schichten, dominiert das Schichtwachstum zu Inselbildung durch zwei Prozesse: Nukleation und Schichtaufbau. Verdampfte Atome (oder Moleküle) kollidieren mit dem Substrat. Ein Teil lagert sich permanent an das Substrat an, ein Teil adsorbiert und verdampft anschließend wieder, und ein Teil wird direkt von der Substratoberfläche reflektiert. Die Adhäsion der Atome (oder Moleküle) an die Substratoberfläche aufgrund thermischer Bewegung ermöglicht es ihnen, sich entlang der Oberfläche zu bewegen und durch Berührung anderer Atome Cluster zu bilden. Cluster entstehen bevorzugt dort, wo die Spannung auf der Substratoberfläche hoch ist oder an den Solvatisierungsstellen des Kristallsubstrats, da dies die freie Energie der adsorbierten Atome minimiert. Dies ist der Nukleationsprozess. Die weitere Abscheidung von Atomen (Molekülen) führt zur Expansion der oben genannten inselartigen Cluster (Nuklei), bis diese einen durchgehenden Film bilden. Daher hängen die Struktur und die Eigenschaften von vakuumverdampften polykristallinen Schichten eng mit der Verdampfungsrate und der Substrattemperatur zusammen. Im Allgemeinen gilt: Je niedriger die Substrattemperatur, desto höher die Verdampfungsrate und desto feiner und dichter das Filmkorn.
–Dieser Artikel wurde veröffentlicht vonHersteller von VakuumbeschichtungsmaschinenGuangdong Zhenhua
Veröffentlichungsdatum: 23. März 2024