Prinsip salutan penyejatan vakum
1, Peralatan dan proses fizikal salutan penyejatan vakum
Peralatan salutan penyejatan vakum terutamanya terdiri daripada ruang vakum dan sistem pemindahan. Di dalam ruang vakum, terdapat sumber penyejatan (iaitu pemanas penyejatan), substrat dan rangka substrat, pemanas substrat, sistem ekzos, dan sebagainya.
Bahan salutan diletakkan di dalam sumber penyejatan ruang vakum, dan di bawah keadaan vakum yang tinggi, ia dipanaskan oleh sumber penyejatan untuk meruap. Apabila julat bebas purata molekul wap lebih besar daripada saiz linear ruang vakum, selepas atom dan molekul wap filem keluar dari permukaan sumber penyejatan, jarang sekali terhalang oleh perlanggaran molekul atau atom lain, dan terus sampai ke permukaan substrat yang hendak disalut. Disebabkan suhu substrat yang rendah, zarah wap filem mengembun di atasnya dan membentuk filem.
Untuk meningkatkan lekatan molekul penyejatan dan substrat, substrat boleh diaktifkan melalui pemanasan atau pembersihan ion yang betul. Salutan penyejatan vakum melalui proses fizikal berikut daripada penyejatan bahan, pengangkutan hinggalah pemendapan ke dalam filem.
(1) Menggunakan pelbagai cara untuk menukar bentuk tenaga lain kepada tenaga haba, bahan filem dipanaskan untuk meruap atau menyublimkan menjadi zarah gas (atom, molekul atau gugusan atom) dengan jumlah tenaga tertentu (0.1 hingga 0.3 eV).
(2) Zarah-zarah gas meninggalkan permukaan filem dan diangkut ke permukaan substrat pada kelajuan gerakan tertentu, pada asasnya tanpa perlanggaran, dalam garis lurus.
(3) Zarah-zarah gas yang sampai ke permukaan substrat bergabung dan bernukleus, kemudian tumbuh menjadi filem fasa pepejal.
(4) Penyusunan semula atau ikatan kimia atom-atom yang membentuk filem.
2, Pemanasan penyejatan
(1) Penyejatan pemanasan rintangan
Penyejatan pemanasan rintangan adalah kaedah pemanasan yang paling mudah dan paling biasa digunakan, secara amnya digunakan untuk bahan salutan dengan takat lebur di bawah 1500 ℃, logam takat lebur tinggi dalam bentuk dawai atau kepingan (W, Mo, Ti, Ta, boron nitrida, dll.) biasanya dibuat menjadi bentuk sumber penyejatan yang sesuai, dimuatkan dengan bahan penyejatan, melalui haba Joule arus elektrik untuk mencairkan, menyejat atau menyejukkan bahan penyaduran, bentuk sumber penyejatan terutamanya termasuk lingkaran berbilang untaian, berbentuk U, gelombang sinus, plat nipis, bot, bakul kon, dll. Pada masa yang sama, kaedah ini memerlukan bahan sumber penyejatan mempunyai takat lebur yang tinggi, tekanan wap tepu rendah, sifat kimia yang stabil, tidak mempunyai tindak balas kimia dengan bahan salutan pada suhu tinggi, rintangan haba yang baik, perubahan kecil dalam ketumpatan kuasa, dll. Ia menggunakan arus tinggi melalui sumber penyejatan untuk menjadikannya panas dan menyejat bahan filem melalui pemanasan langsung, atau meletakkan bahan filem ke dalam mangkuk pijar yang diperbuat daripada grafit dan oksida logam tahan suhu tinggi tertentu (seperti A202, B0) dan bahan lain untuk pemanasan tidak langsung untuk menyejat.
Salutan penyejatan pemanasan rintangan mempunyai batasan: logam refraktori mempunyai tekanan wap yang rendah, yang sukar untuk membuat filem nipis; sesetengah unsur mudah membentuk aloi dengan dawai pemanasan; ia tidak mudah untuk mendapatkan komposisi filem aloi yang seragam. Disebabkan struktur yang mudah, harga yang rendah dan operasi kaedah penyejatan pemanasan rintangan yang mudah, ia merupakan aplikasi kaedah penyejatan yang sangat biasa.
(2) Penyejatan pemanasan alur elektron
Penyejatan pancaran elektron merupakan kaedah penyejatan bahan salutan dengan membedilnya dengan pancaran elektron berketumpatan tenaga tinggi dengan meletakkannya di dalam mangkuk pijar kuprum yang disejukkan air. Sumber penyejatan terdiri daripada sumber pancaran elektron, sumber kuasa pecutan elektron, mangkuk pijar (biasanya mangkuk pijar kuprum), gegelung medan magnet, dan set air penyejuk, dan sebagainya. Dalam peranti ini, bahan yang dipanaskan diletakkan di dalam mangkuk pijar yang disejukkan air, dan pancaran elektron hanya membedil sebahagian kecil bahan, manakala kebanyakan bahan yang tinggal kekal pada suhu yang sangat rendah di bawah kesan penyejukan mangkuk pijar, yang boleh dianggap sebagai bahagian mangkuk pijar yang dibedil. Oleh itu, kaedah pemanasan pancaran elektron untuk penyejatan dapat mengelakkan pencemaran antara bahan salutan dan bahan sumber penyejatan.
Struktur sumber penyejatan alur elektron boleh dibahagikan kepada tiga jenis: senapang lurus (senapang Boules), senapang cincin (dipesongkan secara elektrik) dan senapang elektronik (dipesongkan secara magnet). Satu atau lebih mangkuk pijar boleh diletakkan di dalam kemudahan penyejatan, yang boleh meruap dan memendapkan banyak bahan berbeza secara serentak atau berasingan.
Sumber penyejatan alur elektron mempunyai kelebihan berikut.
①Ketumpatan pancaran tinggi sumber penyejatan pengeboman pancaran elektron boleh memperoleh ketumpatan tenaga yang jauh lebih besar daripada sumber pemanasan rintangan, yang boleh menyejat bahan takat lebur tinggi, seperti W, Mo, Al2O3, dan sebagainya.
②Bahan salutan diletakkan di dalam mangkuk pijar tembaga yang disejukkan dengan air, yang boleh mengelakkan penyejatan bahan sumber penyejatan, dan tindak balas antara bahan tersebut.
③Haba boleh ditambah terus ke permukaan bahan salutan, yang menjadikan kecekapan haba tinggi dan kehilangan pengaliran haba dan sinaran haba rendah.
Kelemahan kaedah penyejatan pemanasan alur elektron ialah elektron primer daripada pistol elektron dan elektron sekunder daripada permukaan bahan salutan akan mengionkan atom penyejat dan molekul gas sisa, yang kadangkala akan menjejaskan kualiti filem.
(3) Penyejatan pemanasan aruhan frekuensi tinggi
Penyejatan pemanasan induksi frekuensi tinggi adalah dengan meletakkan mangkuk pijar dengan bahan salutan di tengah gegelung lingkaran frekuensi tinggi, supaya bahan salutan menghasilkan arus pusar yang kuat dan kesan histeresis di bawah induksi medan elektromagnet frekuensi tinggi, yang menyebabkan lapisan filem menjadi panas sehingga ia mengewap dan tersejat. Sumber penyejatan biasanya terdiri daripada gegelung frekuensi tinggi yang disejukkan air dan mangkuk pijar grafit atau seramik (magnesium oksida, aluminium oksida, boron oksida, dll.). Bekalan kuasa frekuensi tinggi menggunakan frekuensi sepuluh ribu hingga beberapa ratus ribu Hz, kuasa input adalah beberapa hingga beberapa ratus kilowatt, semakin kecil isipadu bahan membran, semakin tinggi frekuensi induksi. Frekuensi gegelung induksi biasanya diperbuat daripada tiub kuprum yang disejukkan air.
Kelemahan kaedah penyejatan pemanasan induksi frekuensi tinggi adalah sukar untuk melaraskan kuasa input dengan baik, dan ia mempunyai kelebihan berikut.
①Kadar penyejatan yang tinggi
②Suhu sumber penyejatan adalah seragam dan stabil, jadi fenomena percikan titisan salutan tidak mudah dihasilkan, dan ia juga boleh mengelakkan fenomena lubang kecil pada filem yang termendap.
③Sumber penyejatan dimuatkan sekali, dan suhunya agak mudah dan senang dikawal.
Masa siaran: 28 Okt-2022