Vaakumaurustamise katte põhimõte
1. Vaakumaurustuskatte seadmed ja füüsikaline protsess
Vaakumaurustuskatmisseade koosneb peamiselt vaakumkambrist ja evakuatsioonisüsteemist. Vaakumkambri sees on aurustusallikas (st aurustuskütteseade), aluspind ja aluspinna raam, aluspinnakütteseade, väljalaskesüsteem jne.
Kattematerjal asetatakse vaakumkambri aurustusallikasse ja kõrgvaakumi tingimustes kuumutatakse aurustusallika abil aurustamiseks. Kui aurumolekulide keskmine vaba vahemik on suurem kui vaakumkambri lineaarne suurus, siis pärast aurustusallika pinnalt väljumist ei takista kileauru aatomid ja molekulid teiste molekulide või aatomite kokkupõrget ning jõuavad otse kaetava aluspinna pinnale. Aluspinna madala temperatuuri tõttu kondenseeruvad kileauru osakesed sellel ja moodustavad kile.
Aurustumismolekulide ja aluspinna adhesiooni parandamiseks saab aluspinda aktiveerida sobiva kuumutamise või ioonpuhastuse teel. Vaakumaurustuskatmine läbib järgmised füüsikalised protsessid alates materjali aurustumisest, transportimisest kuni kileks sadestamiseni.
(1) Kasutades mitmesuguseid viise muude energiavormide muundamiseks soojusenergiaks, kuumutatakse kilematerjali, et see teatud energiahulgaga (0,1–0,3 eV) aurustuks või sublimeeruks gaasilisteks osakesteks (aatomiteks, molekulideks või aatomiklastriteks).
(2) Gaasilised osakesed lahkuvad kile pinnalt ja transporditakse teatud liikumiskiirusega, põhimõtteliselt ilma kokkupõrgeteta, sirgjooneliselt aluspinna pinnale.
(3) Substraadi pinnale jõudvad gaasilised osakesed ühinevad ja moodustavad tuuma ning seejärel kasvavad tahkefaasiliseks kileks.
(4) Kilet moodustavate aatomite reorganiseerumine või keemiline sidumine.
2, aurustusküte
(1) Takistuskütte aurustumine
Takistuskuumutusega aurustamine on lihtsaim ja sagedamini kasutatav kuumutusmeetod, mida üldiselt rakendatakse kattematerjalidele, mille sulamistemperatuur on alla 1500 ℃. Kõrge sulamistemperatuuriga metallid traadi või lehe kujul (W, Mo, Ti, Ta, boornitriid jne) valmistatakse tavaliselt sobiva kujuga aurustusallikaks, mis on täidetud aurustusmaterjalidega ja mille abil sulatatakse, aurustatakse või sublimeeritakse kattematerjal elektrivoolu džaulisoojuse abil. Aurustusallika kuju hõlmab peamiselt mitmeahelalist spiraali, U-kujulist, siinuslainekujulist, õhukest plaati, paati, koonust jne. Samal ajal nõuab see meetod, et aurustusallika materjalil oleks kõrge sulamistemperatuur, madal küllastunud aururõhk, stabiilsed keemilised omadused, kõrgel temperatuuril kattematerjaliga keemilise reaktsiooni puudumine, hea kuumakindlus ja väike võimsustiheduse muutus. Kilematerjali kuumutamiseks ja aurutamiseks kasutatakse aurustusallika kaudu suurt voolu, või asetatakse kilematerjal grafiidist ja teatud kõrge temperatuurikindlatest metalloksiididest (näiteks A202, B0) ja muudest materjalidest valmistatud tiiglisse kaudse kuumutamise teel aurustumiseks.
Takistuskuumutusega aurustuskattel on piirangud: tulekindlate metallide aururõhk on madal, mistõttu on õhukeste kilede valmistamine keeruline; mõnede elementide sulamist on kuumutustraadiga lihtne moodustada; ühtlase koostisega sulamkilet ei ole lihtne saada. Takistuskuumutusega aurustusmeetodi lihtsa struktuuri, madala hinna ja hõlpsa kasutamise tõttu on see aurustusmeetodi väga levinud rakendus.
(2) Elektronkiire kuumutamise aurustamine
Elektronkiire aurustamine on meetod kattematerjali aurustamiseks, pommitades seda suure energiatihedusega elektronkiirega, asetades selle vesijahutusega vasktiiglisse. Aurustusallikas koosneb elektronkiirgusallikast, elektronkiirendusjõuallikast, tiiglisse (tavaliselt vasktiiglisse), magnetvälja mähisest ja jahutusvee komplektist jne. Selles seadmes asetatakse kuumutatud materjal vesijahutusega tiiglisse ja elektronkiir pommitab ainult väga väikest osa materjalist, samas kui suurem osa ülejäänud materjalist jääb tiigli jahutusefekti all väga madalale temperatuurile, mida võib pidada tiigli pommitatud osaks. Seega aitab elektronkiire kuumutamise meetod aurustamiseks vältida kattematerjali ja aurustusallika materjali vahelist saastumist.
Elektronkiire aurustusallika struktuuri saab jagada kolme tüüpi: sirged aurustuspüstolid (Boules'i aurustuspüstolid), rõngaspüstolid (elektriliselt kõrvalekalduvad) ja elektronkiire aurustuspüstolid (magnetiliselt kõrvalekalduvad). Aurustusseadmesse saab paigutada ühe või mitu tiiglit, mis suudavad aurustada ja sadestada paljusid erinevaid aineid samaaegselt või eraldi.
Elektronkiire aurustusallikatel on järgmised eelised.
①Elektronkiirega pommitamise aurustusallika kõrge kiirgustihedus võib saavutada palju suurema energiatiheduse kui takistuskütteallikas, mis võib aurustada kõrge sulamistemperatuuriga materjale, nagu W, Mo, Al2O3 jne.
②Kattematerjal asetatakse vesijahutusega vasktiiglisse, mis aitab vältida aurustuva lähtematerjali aurustumist ja nendevahelist reaktsiooni.
③Soojust saab otse kattematerjali pinnale lisada, mis muudab termilise efektiivsuse kõrgeks ning soojusjuhtivuse ja soojuskiirguse kao madalaks.
Elektronkiire kuumutamise aurustamismeetodi puuduseks on see, et elektronpüstoli primaarsed elektronid ja kattematerjali pinnalt pärinevad sekundaarsed elektronid ioniseerivad aurustuvad aatomid ja jääkgaasi molekulid, mis mõnikord mõjutab kile kvaliteeti.
(3) Kõrgsagedusliku induktsioonkuumutusega aurustamine
Kõrgsagedusliku induktsioonkuumutusega aurustamine seisneb kattematerjaliga tiigli asetamises kõrgsagedusliku spiraalmähise keskele, nii et kattematerjal tekitab kõrgsagedusliku elektromagnetvälja mõjul tugeva pöörisvoolu ja hüstereesiefekti, mis põhjustab kilekihi kuumenemise, kuni see aurustub ja aurub. Aurustumisallikas koosneb tavaliselt vesijahutusega kõrgsagedusmähisest ja grafiidist või keraamikast (magneesiumoksiid, alumiiniumoksiid, booroksiid jne) tiiglis. Kõrgsagedustoiteallikas kasutab sagedust kümnest tuhandest kuni mitmesaja tuhande Hz-ni, sisendvõimsus on mitu kuni mitusada kilovatti, mida väiksem on membraanimaterjali maht, seda suurem on induktsioonisagedus. Induktsioonimähise sagedus on tavaliselt valmistatud vesijahutusega vasktorust.
Kõrgsagedusliku induktsioonkuumutuse aurustamismeetodi puuduseks on see, et sisendvõimsust ei ole lihtne peenhäälestada, sellel on järgmised eelised.
①Kõrge aurustumiskiirus
② Aurustumisallika temperatuur on ühtlane ja stabiilne, seega pole katte tilkade pritsimise nähtust lihtne tekitada ning see aitab vältida ka sadestunud kilele tekkivate aukude teket.
③Aurustumisallikas laaditakse üks kord ja temperatuuri on suhteliselt lihtne ja mugav reguleerida.
Postituse aeg: 28. okt 2022