Prinsipp for vakuumfordampningsbelegg
1. Utstyr og fysisk prosess for vakuumfordampningsbelegg
Vakuumfordampningsbeleggsutstyret består hovedsakelig av et vakuumkammer og et evakueringssystem. Inne i vakuumkammeret er det fordampningskilde (dvs. fordampningsvarmer), substrat og substratramme, substratvarmer, eksossystem, etc.
Beleggmaterialet plasseres i fordampningskilden i vakuumkammeret, og under høye vakuumforhold varmes det opp av fordampningskilden for å fordampe. Når den gjennomsnittlige frie banen til dampmolekylene er større enn den lineære størrelsen på vakuumkammeret, hindres atomene og molekylene i filmdampen som slipper ut fra overflaten av fordampningskilden sjelden av kollisjon med andre molekyler eller atomer, og når direkte overflaten av substratet som skal belegges. På grunn av substratets lave temperatur kondenserer filmdamppartiklene på det og danner en film.
For å forbedre adhesjonen mellom fordampningsmolekyler og substrat, kan substratet aktiveres ved riktig oppvarming eller ionerensing. Vakuumfordampningsbelegg går gjennom følgende fysiske prosesser fra materialfordampning, transport til avsetning i en film.
(1) Ved å bruke ulike måter å konvertere andre former for energi til termisk energi, varmes filmmaterialet opp for å fordampe eller sublimere til gassformige partikler (atomer, molekyler eller atomklynger) med en viss mengde energi (0,1 til 0,3 eV).
(2) Gassformige partikler forlater filmens overflate og transporteres til overflaten av substratet med en viss bevegelseshastighet, i hovedsak uten kollisjon, i en rett linje.
(3) De gassformede partiklene som når overflaten av substratet, koaleserer og danner kjerner, og vokser deretter til en fastfasefilm.
(4) Reorganisering eller kjemisk binding av atomene som utgjør filmen.
2. Fordampningsoppvarming
(1) Fordampning av motstandsvarme
Motstandsoppvarmingsfordampning er den enkleste og mest brukte oppvarmingsmetoden, vanligvis anvendelig for beleggmaterialer med smeltepunkt under 1500 ℃. Metaller med høyt smeltepunkt i tråd- eller plateform (W, Mo, Ti, Ta, bornitrid, etc.) lages vanligvis til en passende form for fordampningskilde, lastet med fordampningsmaterialer, ved hjelp av Joule-varme fra elektrisk strøm for å smelte, fordampe eller sublimere platingmaterialet. Formen på fordampningskilden inkluderer hovedsakelig flertråds spiral, U-formet, sinusbølge, tynn plate, båt, kjeglekurv, etc. Samtidig krever metoden at fordampningskildematerialet har høyt smeltepunkt, lavt metningsdamptrykk, stabile kjemiske egenskaper, ikke har kjemisk reaksjon med beleggmaterialet ved høy temperatur, god varmebestandighet, liten endring i effekttetthet, etc. Den vedtar høy strøm gjennom fordampningskilden for å varme opp og fordampe filmmaterialet ved direkte oppvarming, eller plasser filmmaterialet i en digel laget av grafitt og visse høytemperaturbestandige metalloksider (som A202, B0) og andre materialer for indirekte oppvarming for å fordampe.
Motstandsvarmefordampning har begrensninger: ildfaste metaller har lavt damptrykk, noe som gjør det vanskelig å lage en tynn film; noen elementer er lette å danne en legering med varmetråden; det er ikke lett å få en jevn sammensetning av legeringsfilmen. På grunn av den enkle strukturen, lave prisen og den enkle betjeningen av motstandsvarmefordampningsmetoden, er det en veldig vanlig anvendelse av fordampningsmetoden.
(2) Fordampning av elektronstråleoppvarming
Elektronstrålefordampning er en metode for å fordampe beleggmaterialet ved å bombardere det med en elektronstråle med høy energitetthet ved å plassere det i en vannkjølt kobberdigel. Fordampningskilden består av en elektronemisjonskilde, en elektronakselerasjonskraftkilde, en digel (vanligvis en kobberdigel), en magnetfeltspole og et kjølevannsett, etc. I denne enheten plasseres det oppvarmede materialet i en vannkjølt digel, og elektronstrålen bombarderer bare en veldig liten del av materialet, mens mesteparten av det gjenværende materialet forblir ved en veldig lav temperatur under digelens kjøleeffekt, som kan betraktes som den bombarderte delen av digelen. Dermed kan metoden med elektronstråleoppvarming for fordampning unngå forurensning mellom beleggmaterialet og fordampningskildematerialet.
Strukturen til elektronstrålefordampningskilden kan deles inn i tre typer: rette kanoner (Boules-kanoner), ringkanoner (elektrisk avbøyde) og e-kanoner (magnetisk avbøyde). En eller flere digler kan plasseres i et fordampningsanlegg, som kan fordampe og avsette mange forskjellige stoffer samtidig eller separat.
Elektronstrålefordampningskilder har følgende fordeler.
①Den høye stråletettheten til elektronstrålebombardementfordampningskilden kan oppnå en langt større energitetthet enn motstandsvarmekilden, som kan fordampe materialer med høyt smeltepunkt, som W, Mo, Al2O3, osv.
②Beleggmaterialet plasseres i en vannkjølt kobberdigel, som kan unngå fordampning av fordampningskildematerialet og reaksjonen mellom dem.
③ Varme kan tilføres direkte til overflaten av beleggmaterialet, noe som gjør den termiske effektiviteten høy og tapet av varmeledning og varmestråling lavt.
Ulempen med elektronstråleoppvarming og fordampningsmetoden er at primærelektronene fra elektronkanonen og sekundærelektronene fra overflaten av beleggmaterialet vil ionisere de fordampende atomene og gjenværende gassmolekylene, noe som noen ganger vil påvirke filmens kvalitet.
(3) Fordampning av høyfrekvent induksjonsoppvarming
Høyfrekvent induksjonsoppvarmingsfordampning går ut på å plassere digelen med beleggmateriale i midten av den høyfrekvente spiralspolen, slik at beleggmaterialet genererer sterk virvelstrøm og hystereseeffekt under induksjon av et høyfrekvent elektromagnetisk felt, noe som får filmlaget til å varmes opp til det fordamper. Fordampningskilden består vanligvis av en vannkjølt høyfrekvent spole og en grafitt- eller keramikkdigel (magnesiumoksid, aluminiumoksid, boroksid, etc.). Høyfrekvent strømforsyning bruker en frekvens på ti tusen til flere hundre tusen Hz, inngangseffekten er flere til flere hundre kilowatt, jo mindre volumet av membranmaterialet er, desto høyere er induksjonsfrekvensen. Induksjonsspolens frekvens er vanligvis laget av vannkjølte kobberrør.
Ulempen med høyfrekvent induksjonsoppvarming med fordampning er at det ikke er lett å finjustere inngangseffekten, den har følgende fordeler.
①Høy fordampningshastighet
② Temperaturen på fordampningskilden er jevn og stabil, så det er ikke lett å forårsake fenomenet med sprut av beleggdråper, og det kan også unngå fenomenet med nålehull på den avsatte filmen.
③Fordampningskilden lastes én gang, og temperaturen er relativt enkel og grei å kontrollere.
Publisert: 28. oktober 2022