Principio del recubrimiento por evaporación al vacío
1 、 Equipo y proceso físico de recubrimiento por evaporación al vacío
El equipo de recubrimiento por evaporación al vacío se compone principalmente de una cámara de vacío y un sistema de evacuación.Dentro de la cámara de vacío, hay una fuente de evaporación (es decir, un calentador de evaporación), un sustrato y un marco de sustrato, un calentador de sustrato, un sistema de escape, etc.
El material de recubrimiento se coloca en la fuente de evaporación de la cámara de vacío y, en condiciones de alto vacío, la fuente de evaporación lo calienta para que se evapore.Cuando el rango libre promedio de las moléculas de vapor es mayor que el tamaño lineal de la cámara de vacío, después de que los átomos y las moléculas de la película de vapor escaparon de la superficie de la fuente de evaporación, rara vez se ven obstaculizados por la colisión de otras moléculas o átomos. y llegar directamente a la superficie del sustrato a recubrir.Debido a la baja temperatura del sustrato, las partículas de vapor de la película se condensan sobre él y forman una película.
Para mejorar la adhesión de las moléculas de evaporación y el sustrato, el sustrato se puede activar mediante un calentamiento adecuado o una limpieza de iones.El recubrimiento por evaporación al vacío pasa por los siguientes procesos físicos desde la evaporación del material, el transporte hasta la deposición en una película.
(1)Usando varias formas de convertir otras formas de energía en energía térmica, el material de la película se calienta para evaporarse o sublimarse en partículas gaseosas (átomos, moléculas o grupos atómicos) con una cierta cantidad de energía (0,1 a 0,3 eV).
(2) Las partículas gaseosas abandonan la superficie de la película y son transportadas a la superficie del sustrato a una cierta velocidad de movimiento, esencialmente sin colisión, en línea recta.
(3) Las partículas gaseosas que alcanzan la superficie del sustrato se fusionan y nuclean, y luego crecen hasta convertirse en una película de fase sólida.
(4) Reorganización o enlace químico de los átomos que componen la película.
2, calentamiento por evaporación
(1) Evaporación de calentamiento por resistencia
La evaporación por calentamiento por resistencia es el método de calentamiento más simple y más comúnmente utilizado, generalmente aplicable a materiales de revestimiento con un punto de fusión inferior a 1500 ℃, metales de alto punto de fusión en forma de alambre o lámina (W, Mo, Ti, Ta, nitruro de boro, etc.) son generalmente se convierte en una forma adecuada de fuente de evaporación, cargada con materiales de evaporación, a través del calor Joule de la corriente eléctrica para derretir, evaporar o sublimar el material de revestimiento, la forma de la fuente de evaporación incluye principalmente espiral de múltiples hilos, en forma de U, onda sinusoidal , placa delgada, bote, canasta cónica, etc. Al mismo tiempo, el método requiere que el material fuente de evaporación tenga un alto punto de fusión, baja presión de vapor de saturación, propiedades químicas estables, que no tenga una reacción química con el material de recubrimiento a alta temperatura, buena resistencia al calor, pequeño cambio en la densidad de potencia, etc. Adopta alta corriente a través de la fuente de evaporación para calentar y evaporar el material de la película por calentamiento directo, o poner el material de la película en el crisol hecho de grafito y resistente a altas temperaturas. óxidos metálicos (como A202, B0) y otros materiales para evaporar el calentamiento indirecto.
El revestimiento de evaporación por calentamiento por resistencia tiene limitaciones: los metales refractarios tienen baja presión de vapor, lo que dificulta la formación de una película delgada;algunos elementos son fáciles de formar una aleación con el cable calefactor;no es fácil obtener una composición uniforme de la película de aleación.Debido a la estructura simple, el bajo precio y la fácil operación del método de evaporación por calentamiento por resistencia, es una aplicación muy común del método de evaporación.
(2) Evaporación por calentamiento por haz de electrones
La evaporación por haz de electrones es un método para evaporar el material de recubrimiento bombardeándolo con un haz de electrones de alta densidad de energía colocándolo en un crisol de cobre enfriado con agua.La fuente de evaporación consta de una fuente de emisión de electrones, una fuente de energía de aceleración de electrones, un crisol (generalmente un crisol de cobre), una bobina de campo magnético y un conjunto de agua de enfriamiento, etc. En este dispositivo, el material calentado se coloca en un agua -crisol enfriado, y el haz de electrones bombardea solo una porción muy pequeña del material, mientras que la mayor parte del material restante permanece a una temperatura muy baja bajo el efecto de enfriamiento del crisol, que puede considerarse como la porción bombardeada del crisol.Por lo tanto, el método de calentamiento por haz de electrones para la evaporación podría evitar la contaminación entre el material de recubrimiento y el material fuente de evaporación.
La estructura de la fuente de evaporación del haz de electrones se puede dividir en tres tipos: pistolas rectas (pistolas de bolas), pistolas de anillo (desviadas eléctricamente) y pistolas electrónicas (desviadas magnéticamente).Se pueden colocar uno o más crisoles en una instalación de evaporación, que puede evaporar y depositar muchas sustancias diferentes simultáneamente o por separado.
Las fuentes de evaporación por haz de electrones tienen las siguientes ventajas.
①La alta densidad de haz de la fuente de evaporación por bombardeo de haz de electrones puede obtener una densidad de energía mucho mayor que la fuente de calentamiento por resistencia, que puede evaporar materiales de alto punto de fusión, como W, Mo, Al2O3, etc.
②El material de recubrimiento se coloca en un crisol de cobre enfriado por agua, que puede evitar la evaporación del material fuente de evaporación y la reacción entre ellos.
③Se puede agregar calor directamente a la superficie del material de recubrimiento, lo que hace que la eficiencia térmica sea alta y la pérdida de conducción de calor y radiación de calor sea baja.
La desventaja del método de evaporación por calentamiento con haz de electrones es que los electrones primarios del cañón de electrones y los electrones secundarios de la superficie del material de recubrimiento ionizarán los átomos que se evaporan y las moléculas de gas residual, lo que a veces afectará la calidad de la película.
(3) Evaporación de calentamiento por inducción de alta frecuencia
La evaporación por calentamiento por inducción de alta frecuencia consiste en colocar el crisol con material de recubrimiento en el centro de la bobina espiral de alta frecuencia, de modo que el material de recubrimiento genere una fuerte corriente de Foucault y un efecto de histéresis bajo la inducción de un campo electromagnético de alta frecuencia, lo que provoca la capa de película para calentar hasta que se vaporice y se evapore.La fuente de evaporación generalmente consiste en una bobina de alta frecuencia refrigerada por agua y un crisol de grafito o cerámica (óxido de magnesio, óxido de aluminio, óxido de boro, etc.).La fuente de alimentación de alta frecuencia utiliza una frecuencia de diez mil a varios cientos de miles de Hz, la potencia de entrada es de varios a varios cientos de kilovatios, cuanto menor es el volumen del material de la membrana, mayor es la frecuencia de inducción.La frecuencia de la bobina de inducción generalmente está hecha de un tubo de cobre enfriado por agua.
La desventaja del método de evaporación por calentamiento por inducción de alta frecuencia es que no es fácil ajustar con precisión la potencia de entrada, tiene las siguientes ventajas.
①Alta tasa de evaporación
②La temperatura de la fuente de evaporación es uniforme y estable, por lo que no es fácil producir el fenómeno de salpicaduras de gotas de recubrimiento, y también puede evitar el fenómeno de los agujeros en la película depositada.
③La fuente de evaporación se carga una vez y la temperatura es relativamente fácil y simple de controlar.
Hora de publicación: 28-oct-2022