Принцип на вакуумско испарување
1, опрема и физички процес на вакуумско испарување
Опремата за вакуумско испарување е главно составена од вакуумска комора и систем за евакуација. Внатре во вакуумската комора има извор на испарување (т.е. грејач на испарување), подлога и рамка на подлогата, грејач на подлогата, систем за издувни гасови итн.
Материјалот за обложување се става во изворот за испарување на вакуумската комора и, под услови на висок вакуум, се загрева од изворот на испарување за да испари. Кога просечниот слободен опсег на молекулите на пареата е поголем од линеарната големина на вакуумската комора, откако атомите и молекулите на филмската пареа ќе избегаат од површината на изворот на испарување, ретко се попречуваат од судирот на други молекули или атоми и директно стигнуваат до површината на подлогата што треба да се обложи. Поради ниската температура на подлогата, честичките од филмската пареа се кондензираат на неа и формираат филм.
За да се подобри адхезијата на молекулите на испарување и подлогата, подлогата може да се активира со соодветно загревање или чистење со јони. Вакуумското испарување поминува низ следниве физички процеси, од испарување на материјалот, транспорт до таложење во филм.
(1) Користејќи различни начини за претворање на други форми на енергија во топлинска енергија, филмскиот материјал се загрева за да испари или сублимира во гасовити честички (атоми, молекули или атомски кластери) со одредена количина на енергија (0,1 до 0,3 eV).
(2) Гасовитите честички ја напуштаат површината на филмот и се транспортираат до површината на подлогата со одредена брзина на движење, во суштина без судир, по права линија.
(3) Гасовите честички што стигнуваат до површината на подлогата се спојуваат и се нуклеираат, а потоа растат во филм во цврста фаза.
(4) Реорганизација или хемиско поврзување на атомите што го сочинуваат филмот.
2, греење со испарување
(1) Испарување со отпорно греење
Отпорно загревање со испарување е наједноставниот и најчесто користен метод на загревање, генерално применлив за материјали за обложување со точка на топење под 1500℃. Металите со висока точка на топење во облик на жица или лим (W, Mo, Ti, Ta, бор нитрид, итн.) обично се прават во соодветен облик на извор на испарување, наполнети со материјали за испарување, преку Џулова топлина на електрична струја за да се стопи, испари или сублимира материјалот за обложување. Обликот на изворот на испарување главно вклучува повеќеверижна спирала, U-форма, синусоид, тенка плоча, чамец, конусна кошница, итн. Во исто време, методот бара материјалот за извор на испарување да има висока точка на топење, низок притисок на заситени пареа, стабилни хемиски својства, да нема хемиска реакција со материјалот за обложување на висока температура, добра отпорност на топлина, мала промена во густината на моќност, итн. Тој прифаќа висока струја низ изворот на испарување за да го загрее и испари филмскиот материјал со директно загревање, или да го стави филмскиот материјал во сад направен од графит и одредени метални оксиди отпорни на висока температура (како што се A202, B0) и други материјали за индиректно загревање за да испарат.
Облогата со испарување со отпорно греење има ограничувања: огноотпорните метали имаат низок притисок на пареа, што е тешко да се направи тенок филм; некои елементи лесно се формираат легури со грејна жица; не е лесно да се добие униформен состав на легираниот филм. Поради едноставната структура, ниската цена и лесното работење на методот со испарување со отпорно греење, тоа е многу честа примена на методот со испарување.
(2) Испарување со загревање со електронски зрак
Испарувањето со електронски зрак е метод на испарување на материјалот за обложување со бомбардирање со електронски зрак со висока густина на енергија, со ставање во водено ладен бакарен сад. Изворот на испарување се состои од извор на емисија на електрони, извор на енергија за забрзување на електрони, сад (обично бакарен сад), намотка на магнетно поле и сет за вода за ладење итн. Во овој уред, загреаниот материјал се става во водено ладен сад, а електронскиот зрак бомбардира само многу мал дел од материјалот, додека поголемиот дел од преостанатиот материјал останува на многу ниска температура под ефектот на ладење на садот, што може да се смета за бомбардиран дел од садот. Така, методот на загревање со електронски зрак за испарување би можел да избегне контаминација помеѓу материјалот за обложување и материјалот од изворот на испарување.
Структурата на изворот на испарување со електронски зрак може да се подели на три вида: прави пиштоли (Boules пиштоли), прстенести пиштоли (електрично отклонети) и е-пиштоли (магнетно отклонети). Еден или повеќе садчиња може да се постават во постројка за испарување, која може да испарува и да таложи многу различни супстанции истовремено или одделно.
Изворите на испарување со електронски зрак имаат следниве предности.
① Високата густина на зракот од изворот на испарување со бомбардирање со електронски сноп може да добие многу поголема густина на енергија од изворот на отпорно греење, кој може да испарува материјали со висока точка на топење, како што се W, Mo, Al2O3 итн.
② Материјалот за обложување се става во бакарен сад ладен со вода, со што може да се избегне испарувањето на изворниот материјал за испарување и реакцијата меѓу нив.
③ Топлината може да се додаде директно на површината на материјалот за обложување, што ја прави термичката ефикасност висока, а губењето на топлинска спроводливост и топлинско зрачење ниско.
Недостаток на методот на испарување со греење со електронски зрак е тоа што примарните електрони од електронскиот пиштол и секундарните електрони од површината на материјалот за обложување ќе ги јонизираат испарувачките атоми и молекулите на преостанатиот гас, што понекогаш ќе влијае на квалитетот на филмот.
(3) Испарување на високофреквентно индуктивно греење
Високофреквентното индуктивно греење со испарување се состои во поставување на садот со материјал за обложување во центарот на високофреквентната спирална намотка, така што материјалот за обложување генерира силна вртложна струја и хистерезис ефект под индукција на високофреквентно електромагнетно поле, што предизвикува филмскиот слој да се загрее додека не испари и испари. Изворот на испарување генерално се состои од водено ладена високофреквентна намотка и графитен или керамички (магнезиум оксид, алуминиум оксид, бор оксид, итн.) сад за обложување. Високофреквентното напојување користи фреквенција од десет илјади до неколку стотици илјади Hz, влезната моќност е од неколку до неколку стотици киловати, колку е помал волуменот на мембранскиот материјал, толку е поголема индукциската фреквенција. Фреквенцијата на индукциската намотка обично е направена од водено ладена бакарна цевка.
Недостаток на методот на високофреквентно индуктивно греење со испарување е тоа што не е лесно фино да се прилагоди влезната моќност, а има следниве предности.
①Висока стапка на испарување
② Температурата на изворот на испарување е униформна и стабилна, па затоа не е лесно да се произведе феноменот на прскање на капките од облогата, а може да се избегне и феноменот на дупки на наталожениот филм.
③ Изворот на испарување се полни еднаш, а температурата е релативно лесна и едноставна за контрола.
Време на објавување: 28 октомври 2022 година