Процесс нагревания твердых материалов в условиях высокого вакуума для сублимации или испарения и последующего нанесения их на определенную подложку с целью получения тонкой пленки известен как вакуумное напыление (или напыление методом испарения).
История получения тонких пленок методом вакуумного испарения восходит к 1850-м годам. В 1857 году М. Фаррар предпринял попытку вакуумного нанесения покрытий путем испарения металлических проволок в азоте для образования тонких пленок. Из-за низкого уровня вакуумной технологии того времени получение тонких пленок таким способом было очень трудоемким и непрактичным. Только с появлением масляного диффузионного насоса и механической насосной системы вакуумная технология получила быстрое развитие, что позволило сделать нанесение покрытий методом испарения и магнетронного распыления практически осуществимым.
Хотя вакуумное напыление — это древняя технология нанесения тонких пленок, она является наиболее распространенным методом, используемым в лабораторных и промышленных условиях. Ее главные преимущества — простота эксплуатации, легкий контроль параметров нанесения и высокая чистота получаемых пленок. Процесс вакуумного напыления можно разделить на следующие три этапа.
1) исходный материал нагревается и плавится, испаряясь или сублимируя; 2) пар удаляется из исходного материала, испаряясь или сублимируя.
2) Пар переносится из исходного материала на подложку.
3) Пар конденсируется на поверхности подложки, образуя твердую пленку.
При вакуумном испарении тонких пленок, как правило, поликристаллических или аморфных, преобладает рост в виде островков, происходящий в два этапа: нуклеация и осаждение. Испаряющиеся атомы (или молекулы) сталкиваются с подложкой, часть из них прочно прикрепляется к подложке, часть адсорбируется и затем испаряется с подложки, а часть непосредственно отражается от поверхности подложки. Адгезия атомов (или молекул) к поверхности подложки происходит за счет теплового движения, и они могут перемещаться вдоль поверхности, например, соприкасаясь с другими атомами, накапливаясь в кластеры. Кластеры наиболее вероятны там, где напряжение на поверхности подложки высокое, или на ступенях сольватации кристаллической подложки, поскольку это минимизирует свободную энергию адсорбированных атомов. Это процесс нуклеации. Дальнейшее осаждение атомов (молекул) приводит к расширению упомянутых выше островковых кластеров (ядер) до тех пор, пока они не образуют сплошную пленку. Таким образом, структура и свойства поликристаллических пленок, полученных вакуумным испарением, тесно связаны со скоростью испарения и температурой подложки. В целом, чем ниже температура подложки, тем выше скорость испарения, и тем мельче и плотнее зерна пленки.
– Данная статья опубликованапроизводитель вакуумных напыляемых машинГуандун Чжэньхуа
Дата публикации: 23 марта 2024 г.