Prinsip pelapisan penguapan vakum
1、Peralatan dan proses fisik pelapisan penguapan vakum
Peralatan pelapisan penguapan vakum terutama terdiri dari ruang vakum dan sistem evakuasi. Di dalam ruang vakum, terdapat sumber penguapan (yaitu pemanas penguapan), substrat dan rangka substrat, pemanas substrat, sistem pembuangan, dll.
Bahan pelapis ditempatkan di sumber penguapan ruang vakum, dan di bawah kondisi vakum tinggi, bahan tersebut dipanaskan oleh sumber penguapan untuk menguap. Ketika rentang bebas rata-rata molekul uap lebih besar dari ukuran linier ruang vakum, setelah atom dan molekul uap film keluar dari permukaan sumber penguapan, jarang terhalang oleh tumbukan molekul atau atom lain, dan langsung mencapai permukaan substrat yang akan dilapisi. Karena suhu substrat yang rendah, partikel uap film mengembun di atasnya dan membentuk film.
Untuk meningkatkan daya rekat molekul penguapan dan substrat, substrat dapat diaktifkan dengan pemanasan yang tepat atau pembersihan ion. Pelapisan penguapan vakum melalui proses fisik berikut dari penguapan material, pengangkutan hingga pengendapan menjadi film.
(1) Menggunakan berbagai cara untuk mengubah bentuk energi lain menjadi energi panas, bahan film dipanaskan hingga menguap atau menyublim menjadi partikel gas (atom, molekul atau gugus atom) dengan jumlah energi tertentu (0,1 hingga 0,3 eV).
(2)Partikel gas meninggalkan permukaan film dan diangkut ke permukaan substrat dengan kecepatan gerak tertentu, pada dasarnya tanpa tabrakan, dalam garis lurus.
(3)Partikel gas yang mencapai permukaan substrat menyatu dan berinti, lalu tumbuh menjadi film fase padat.
(4)Reorganisasi atau ikatan kimia atom-atom penyusun film.
2. Pemanasan penguapan
(1) Pemanasan resistensi penguapan
Pemanasan resistansi penguapan adalah metode pemanasan yang paling sederhana dan paling umum digunakan, umumnya berlaku untuk bahan pelapis dengan titik leleh di bawah 1500℃, logam titik leleh tinggi dalam bentuk kawat atau lembaran (W, Mo, Ti, Ta, boron nitrida, dll.) biasanya dibuat menjadi bentuk sumber penguapan yang sesuai, dimuat dengan bahan penguapan, melalui panas Joule arus listrik untuk melelehkan, menguapkan atau menyublimkan bahan pelapis, bentuk sumber penguapan terutama mencakup spiral multi-untai, berbentuk U, gelombang sinus, pelat tipis, perahu, keranjang kerucut, dll. Pada saat yang sama, metode ini membutuhkan bahan sumber penguapan untuk memiliki titik leleh tinggi, tekanan uap jenuh rendah, sifat kimia yang stabil, tidak memiliki reaksi kimia dengan bahan pelapis pada suhu tinggi, ketahanan panas yang baik, perubahan kecil dalam kepadatan daya, dll. Ini mengadopsi arus tinggi melalui sumber penguapan untuk membuatnya memanaskan dan menguapkan bahan film dengan pemanasan langsung, atau menempatkan bahan film ke dalam wadah yang terbuat dari grafit dan oksida logam tahan suhu tinggi tertentu (seperti A202, B0) dan bahan lainnya untuk pemanasan tidak langsung agar menguap.
Pelapisan penguapan pemanasan resistansi memiliki keterbatasan: logam tahan api memiliki tekanan uap rendah, yang sulit untuk membuat lapisan tipis; beberapa elemen mudah membentuk paduan dengan kawat pemanas; tidak mudah untuk mendapatkan komposisi lapisan paduan yang seragam. Karena strukturnya sederhana, harganya murah, dan pengoperasiannya mudah, metode penguapan pemanasan resistansi merupakan aplikasi metode penguapan yang sangat umum.
(2) Pemanasan sinar elektron penguapan
Penguapan berkas elektron adalah metode penguapan bahan pelapis dengan membombardirnya dengan berkas elektron berdensitas energi tinggi dengan menempatkannya dalam wadah tembaga berpendingin air. Sumber penguapan terdiri dari sumber emisi elektron, sumber daya percepatan elektron, wadah (biasanya wadah tembaga), kumparan medan magnet, dan perangkat air pendingin, dll. Dalam perangkat ini, bahan yang dipanaskan ditempatkan dalam wadah berpendingin air, dan berkas elektron hanya membombardir sebagian kecil bahan, sementara sebagian besar bahan yang tersisa tetap pada suhu yang sangat rendah di bawah efek pendinginan wadah, yang dapat dianggap sebagai bagian wadah yang dibombardir. Dengan demikian, metode pemanasan berkas elektron untuk penguapan dapat menghindari kontaminasi antara bahan pelapis dan bahan sumber penguapan.
Struktur sumber penguapan berkas elektron dapat dibagi menjadi tiga jenis: senjata lurus (senjata Boules), senjata cincin (dibelokkan secara elektrik), dan senjata elektronik (dibelokkan secara magnetis). Satu atau lebih wadah peleburan dapat ditempatkan di fasilitas penguapan, yang dapat menguapkan dan menyimpan banyak zat berbeda secara bersamaan atau terpisah.
Sumber penguapan berkas elektron memiliki keuntungan sebagai berikut.
①Kepadatan sinar tinggi dari sumber penguapan pemboman sinar elektron dapat memperoleh kepadatan energi yang jauh lebih besar daripada sumber pemanas resistansi, yang dapat menguapkan material dengan titik leleh tinggi, seperti W, Mo, Al2O3, dll.
②Bahan pelapis ditempatkan dalam wadah tembaga berpendingin air, yang dapat menghindari penguapan bahan sumber penguapan, dan reaksi di antara keduanya.
③Panas dapat ditambahkan langsung ke permukaan bahan pelapis, yang membuat efisiensi termal tinggi dan hilangnya konduksi panas dan radiasi panas rendah.
Kerugian dari metode penguapan pemanasan berkas elektron adalah bahwa elektron primer dari senapan elektron dan elektron sekunder dari permukaan bahan pelapis akan mengionisasi atom-atom yang menguap dan molekul-molekul gas sisa, yang terkadang akan memengaruhi kualitas film.
(3) Pemanasan induksi frekuensi tinggi penguapan
Penguapan pemanasan induksi frekuensi tinggi adalah menempatkan wadah dengan bahan pelapis di tengah kumparan spiral frekuensi tinggi, sehingga bahan pelapis menghasilkan arus eddy yang kuat dan efek histeresis di bawah induksi medan elektromagnetik frekuensi tinggi, yang menyebabkan lapisan film memanas hingga menguap dan menguap. Sumber penguapan umumnya terdiri dari kumparan frekuensi tinggi berpendingin air dan wadah grafit atau keramik (magnesium oksida, aluminium oksida, boron oksida, dll.). Catu daya frekuensi tinggi menggunakan frekuensi sepuluh ribu hingga beberapa ratus ribu Hz, daya input beberapa hingga beberapa ratus kilowatt, semakin kecil volume bahan membran, semakin tinggi frekuensi induksi. Frekuensi kumparan induksi biasanya terbuat dari tabung tembaga berpendingin air.
Kerugian dari metode penguapan pemanasan induksi frekuensi tinggi adalah tidak mudah untuk mengatur daya input, namun memiliki keuntungan sebagai berikut.
①Tingkat penguapan tinggi
②Suhu sumber penguapan seragam dan stabil, sehingga tidak mudah menimbulkan fenomena percikan tetesan lapisan, dan juga dapat menghindari fenomena lubang jarum pada film yang diendapkan.
③Sumber penguapan dimuat sekali, dan suhunya relatif mudah dan sederhana untuk dikontrol.
Waktu posting: 28-Okt-2022