Principio del rivestimento per evaporazione sottovuoto
1 、 Attrezzatura e processo fisico di rivestimento per evaporazione sotto vuoto
L'apparecchiatura di rivestimento per evaporazione sotto vuoto è composta principalmente da camera a vuoto e sistema di evacuazione.All'interno della camera a vuoto sono presenti la fonte di evaporazione (ovvero il riscaldatore di evaporazione), il substrato e il telaio del substrato, il riscaldatore del substrato, il sistema di scarico, ecc.
Il materiale di rivestimento viene posto nella sorgente di evaporazione della camera a vuoto e, in condizioni di alto vuoto, viene riscaldato dalla sorgente di evaporazione per evaporare.Quando l'intervallo libero medio delle molecole di vapore è maggiore della dimensione lineare della camera a vuoto, dopo che gli atomi e le molecole del vapore del film sono sfuggiti dalla superficie della sorgente di evaporazione, raramente sono ostacolati dalla collisione di altre molecole o atomi, e raggiungere direttamente la superficie del supporto da rivestire.A causa della bassa temperatura del substrato, le particelle di vapore del film si condensano su di esso e formano un film.
Per migliorare l'adesione delle molecole di evaporazione e del substrato, il substrato può essere attivato mediante un adeguato riscaldamento o pulizia ionica.Il rivestimento per evaporazione sottovuoto passa attraverso i seguenti processi fisici dall'evaporazione del materiale, al trasporto fino alla deposizione in un film.
(1)Utilizzando vari modi per convertire altre forme di energia in energia termica, il materiale del film viene riscaldato per evaporare o sublimare in particelle gassose (atomi, molecole o cluster atomici) con una certa quantità di energia (da 0,1 a 0,3 eV).
(2) Le particelle gassose lasciano la superficie del film e vengono trasportate alla superficie del substrato a una certa velocità di movimento, essenzialmente senza collisione, in linea retta.
(3) Le particelle gassose che raggiungono la superficie del substrato si uniscono e si nucleano, quindi crescono in un film in fase solida.
(4) Riorganizzazione o legame chimico degli atomi che compongono il film.
2、Riscaldamento per evaporazione
(1) Evaporazione del riscaldamento della resistenza
L'evaporazione del riscaldamento a resistenza è il metodo di riscaldamento più semplice e più comunemente utilizzato, generalmente applicabile a materiali di rivestimento con punto di fusione inferiore a 1500 ℃, metalli ad alto punto di fusione in forma di filo o foglio (W, Mo, Ti, Ta, nitruro di boro, ecc.) sono solitamente trasformato in una forma adatta di fonte di evaporazione, caricata con materiali di evaporazione, attraverso il calore Joule della corrente elettrica per fondere, evaporare o sublimare il materiale di placcatura, la forma della fonte di evaporazione comprende principalmente spirale a più fili, a forma di U, onda sinusoidale , lamiera sottile, barca, cesto conico, ecc. Allo stesso tempo, il metodo richiede che il materiale della sorgente di evaporazione abbia un punto di fusione elevato, una bassa pressione del vapore di saturazione, proprietà chimiche stabili, non abbia una reazione chimica con il materiale di rivestimento ad alta temperatura, buona resistenza al calore, piccola variazione della densità di potenza, ecc. Adotta un'elevata corrente attraverso la fonte di evaporazione per farla riscaldare ed evaporare il materiale del film mediante riscaldamento diretto, oppure inserire il materiale del film nel crogiolo di grafite e resistente alle alte temperature ossidi metallici (come A202, B0) e altri materiali per il riscaldamento indiretto per evaporare.
Il rivestimento per evaporazione del riscaldamento a resistenza ha dei limiti: i metalli refrattari hanno una bassa pressione di vapore, che è difficile da realizzare film sottili;alcuni elementi sono facili da legare con il filo riscaldante;non è facile ottenere una composizione uniforme del film di lega.A causa della struttura semplice, del prezzo basso e del facile funzionamento del metodo di evaporazione del riscaldamento a resistenza, è un'applicazione molto comune del metodo di evaporazione.
(2) Evaporazione del riscaldamento a fascio di elettroni
L'evaporazione a fascio di elettroni è un metodo per far evaporare il materiale di rivestimento bombardandolo con un fascio di elettroni ad alta densità di energia collocandolo in un crogiolo di rame raffreddato ad acqua.La fonte di evaporazione è costituita da una fonte di emissione di elettroni, una fonte di alimentazione per l'accelerazione di elettroni, un crogiolo (solitamente un crogiolo di rame), una bobina di campo magnetico e un set di acqua di raffreddamento, ecc. In questo dispositivo, il materiale riscaldato viene posto in un'acqua crogiolo raffreddato, e il fascio di elettroni bombarda solo una porzione molto piccola del materiale, mentre la maggior parte del materiale rimanente rimane a una temperatura molto bassa sotto l'effetto di raffreddamento del crogiolo, che può essere considerato come la parte bombardata del crogiolo.Pertanto, il metodo di riscaldamento con fascio di elettroni per l'evaporazione potrebbe evitare la contaminazione tra il materiale di rivestimento e il materiale sorgente di evaporazione.
La struttura della sorgente di evaporazione del fascio di elettroni può essere suddivisa in tre tipi: pistole diritte (boules gun), pistole ad anello (deviate elettricamente) ed e-gun (deviate magneticamente).Uno o più crogioli possono essere collocati in un impianto di evaporazione, che può evaporare e depositare molte sostanze diverse simultaneamente o separatamente.
Le sorgenti di evaporazione a fascio di elettroni presentano i seguenti vantaggi.
①L'elevata densità del raggio della sorgente di evaporazione del bombardamento del raggio di elettroni può ottenere una densità di energia molto maggiore rispetto alla sorgente di riscaldamento della resistenza, che può evaporare materiali ad alto punto di fusione, come W, Mo, Al2O3, ecc..
②Il materiale di rivestimento è posto in un crogiolo di rame raffreddato ad acqua, che può evitare l'evaporazione del materiale sorgente di evaporazione e la reazione tra di loro.
③Il calore può essere aggiunto direttamente alla superficie del materiale di rivestimento, il che rende elevata l'efficienza termica e bassa la perdita di conduzione termica e radiazione termica.
Lo svantaggio del metodo di evaporazione del riscaldamento a fascio di elettroni è che gli elettroni primari del cannone elettronico e gli elettroni secondari dalla superficie del materiale di rivestimento ionizzeranno gli atomi in evaporazione e le molecole di gas residuo, il che a volte influirà sulla qualità del film.
(3) Evaporazione del riscaldamento a induzione ad alta frequenza
L'evaporazione del riscaldamento ad induzione ad alta frequenza consiste nel posizionare il crogiolo con materiale di rivestimento al centro della bobina a spirale ad alta frequenza, in modo che il materiale di rivestimento generi forti correnti parassite e un effetto di isteresi sotto l'induzione del campo elettromagnetico ad alta frequenza, che provoca il strato di pellicola da riscaldare fino a vaporizzare ed evaporare.La sorgente di evaporazione è generalmente costituita da una serpentina ad alta frequenza raffreddata ad acqua e da un crogiolo in grafite o ceramica (ossido di magnesio, ossido di alluminio, ossido di boro, ecc.).L'alimentazione ad alta frequenza utilizza una frequenza da diecimila a diverse centinaia di migliaia di Hz, la potenza in ingresso va da diverse a diverse centinaia di kilowatt, minore è il volume del materiale della membrana, maggiore è la frequenza di induzione.La frequenza della bobina di induzione è solitamente costituita da un tubo di rame raffreddato ad acqua.
Lo svantaggio del metodo di evaporazione del riscaldamento a induzione ad alta frequenza è che non è facile regolare con precisione la potenza in ingresso, presenta i seguenti vantaggi.
①Alto tasso di evaporazione
②La temperatura della fonte di evaporazione è uniforme e stabile, quindi non è facile produrre il fenomeno degli schizzi di goccioline di rivestimento e può anche evitare il fenomeno dei fori sul film depositato.
③La fonte di evaporazione viene caricata una volta e la temperatura è relativamente facile e semplice da controllare.
Tempo di pubblicazione: 28 ottobre 2022