Princip nanošenja premaza vakuumskim isparavanjem
1、Oprema i fizički proces nanošenja premaza vakuumskim isparavanjem
Oprema za nanošenje premaza vakuumskim isparavanjem uglavnom se sastoji od vakuumske komore i sustava za evakuaciju.Unutar vakuumske komore nalazi se izvor isparavanja (tj. grijač isparavanja), supstrat i okvir supstrata, grijač supstrata, ispušni sustav itd.
Materijal za oblaganje stavlja se u izvor isparavanja vakuumske komore, au uvjetima visokog vakuuma zagrijava ga izvor isparavanja da ispari.Kada je prosječni slobodni domet molekula pare veći od linearne veličine vakuumske komore, nakon što su atomi i molekule filmske pare pobjegli s površine izvora isparavanja, rijetko su ometani sudarom drugih molekula ili atoma, i izravno dospiju na površinu podloge koju treba premazati.Zbog niske temperature podloge, čestice filmske pare kondenziraju se na njoj i stvaraju film.
Kako bi se poboljšalo prianjanje molekula isparavanja i supstrata, supstrat se može aktivirati pravilnim zagrijavanjem ili ionskim čišćenjem.Premaz vakuumskim isparavanjem prolazi kroz sljedeće fizičke procese od isparavanja materijala, transporta do taloženja u film.
(1) Korištenjem različitih načina za pretvaranje drugih oblika energije u toplinsku energiju, materijal filma se zagrijava da ispari ili sublimira u plinovite čestice (atome, molekule ili atomske nakupine) s određenom količinom energije (0,1 do 0,3 eV).
(2) Plinovite čestice napuštaju površinu filma i prenose se na površinu supstrata određenom brzinom gibanja, uglavnom bez sudara, u ravnoj liniji.
(3) Plinovite čestice koje dospiju na površinu supstrata spajaju se i stvaraju jezgre, a zatim rastu u film čvrste faze.
(4) Reorganizacija ili kemijsko vezivanje atoma koji čine film.
2、Grijanje isparavanjem
(1) Otporno isparavanje zagrijavanjem
Otporno zagrijavanje isparavanjem je najjednostavnija i najčešće korištena metoda zagrijavanja, općenito primjenjiva na materijale za premazivanje s talištem ispod 1500 ℃, metali s visokim talištem u obliku žice ili ploča (W, Mo, Ti, Ta, bor nitrid, itd.) su obično izrađen u prikladnom obliku izvora isparavanja, napunjenog materijalima za isparavanje, kroz Jouleovu toplinu električne struje za taljenje, isparavanje ili sublimaciju materijala za oplatu, oblik izvora isparavanja uglavnom uključuje višestruku spiralu, u obliku slova U, sinusni val , tanka ploča, čamac, stožasta košara, itd. U isto vrijeme, metoda zahtijeva da izvorni materijal isparavanja ima visoko talište, nizak tlak zasićene pare, stabilna kemijska svojstva, da nema kemijsku reakciju s materijalom za oblaganje na visokoj temperaturi, dobra otpornost na toplinu, male promjene u gustoći snage, itd. Usvaja veliku struju kroz izvor isparavanja kako bi se zagrijao i ispario filmski materijal izravnim zagrijavanjem, ili stavite filmski materijal u lončić izrađen od grafita i određene otpornosti na visoke temperature metalni oksidi (kao što je A202, B0) i drugi materijali za neizravno zagrijavanje da ispare.
Prevlaka otporna na zagrijavanje isparavanjem ima ograničenja: vatrostalni metali imaju nizak tlak pare, zbog čega je teško napraviti tanki film;neke elemente je lako oblikovati u slitinu s grijaćom žicom;nije lako dobiti ujednačen sastav filma legure.Zbog jednostavne strukture, niske cijene i jednostavnog rada metode isparavanja otpornim grijanjem, to je vrlo česta primjena metode isparavanja.
(2) Isparavanje grijanjem elektronskim snopom
Isparavanje elektronskim snopom je metoda isparavanja materijala premaza bombardiranjem snopom elektrona visoke gustoće energije stavljanjem u bakreni lončić hlađen vodom.Izvor isparavanja sastoji se od izvora elektronske emisije, izvora energije za ubrzavanje elektrona, lončića (obično bakrenog lončića), zavojnice magnetskog polja i rashladne vode, itd. U ovom uređaju zagrijani materijal se stavlja u vodu -hlađeni lončić, a elektronski snop bombardira samo vrlo mali dio materijala, dok većina preostalog materijala ostaje na vrlo niskoj temperaturi pod učinkom hlađenja lončića, što se može smatrati bombardiranim dijelom lončića.Prema tome, metoda zagrijavanja elektronskim snopom za isparavanje može izbjeći kontaminaciju između materijala za oblaganje i materijala izvora isparavanja.
Struktura izvora isparavanja elektronskog snopa može se podijeliti u tri vrste: ravne puške (Boules puške), prstenaste puške (električno otklonjene) i e-puške (magnetski otklonjene).Jedan ili više lončića može se staviti u postrojenje za isparavanje, koje može isparavati i taložiti mnogo različitih tvari istovremeno ili odvojeno.
Izvori isparavanja elektronskim snopom imaju sljedeće prednosti.
①Gustoća visokog snopa izvora isparavanja bombardiranja elektronskim snopom može dobiti daleko veću gustoću energije od izvora otpornog grijanja, koji može ispariti materijale s visokim talištem, kao što su W, Mo, Al2O3 itd.
②Materijal za oblaganje stavlja se u bakreni lončić hlađen vodom, čime se može izbjeći isparavanje materijala izvora isparavanja i reakcija između njih.
③Toplina se može dodati izravno na površinu materijala za oblaganje, što čini toplinsku učinkovitost visokom, a gubitak toplinske vodljivosti i toplinskog zračenja niskim.
Nedostatak metode isparavanja grijanjem elektronskim snopom je taj što će primarni elektroni iz elektronskog topa i sekundarni elektroni s površine materijala za oblaganje ionizirati atome koji isparavaju i zaostale molekule plina, što će ponekad utjecati na kvalitetu filma.
(3) Visokofrekventno isparavanje indukcijskim zagrijavanjem
Isparavanje visokofrekventnim indukcijskim zagrijavanjem je postavljanje lončića s materijalom za oblaganje u središte visokofrekventne spiralne zavojnice, tako da materijal za oblaganje generira snažnu vrtložnu struju i učinak histereze pod indukcijom visokofrekventnog elektromagnetskog polja, što uzrokuje sloj filma da se zagrije dok ne ispari i ne ispari.Izvor isparavanja općenito se sastoji od vodom hlađene visokofrekventne zavojnice i grafitnog ili keramičkog (magnezijev oksid, aluminijev oksid, borov oksid, itd.) lončića.Visokofrekventno napajanje koristi frekvenciju od deset tisuća do nekoliko stotina tisuća Hz, ulazna snaga je nekoliko do nekoliko stotina kilovata, što je manji volumen materijala membrane, to je veća frekvencija indukcije.Indukcijski svitak frekvencije obično je izrađen od vodom hlađene bakrene cijevi.
Nedostatak metode isparavanja visokofrekventnim indukcijskim grijanjem je to što nije lako fino podesiti ulaznu snagu, ima sljedeće prednosti.
①Visoka stopa isparavanja
②Temperatura izvora isparavanja je ujednačena i stabilna, tako da nije lako proizvesti fenomen prskanja kapljica premaza, a može se izbjeći i fenomen rupica na nataloženom filmu.
③Izvor isparavanja se puni jednom, a temperaturu je relativno lako i jednostavno kontrolirati.
Vrijeme objave: 28. listopada 2022