Principen för vakuumförångningsbeläggning
1、Utrustning och fysisk process för vakuumavdunstningsbeläggning
Vakuumförångningsbeläggningsutrustningen består huvudsakligen av vakuumkammare och evakueringssystem.Inuti vakuumkammaren finns förångningskälla (dvs förångningsvärmare), substrat och substratram, substratvärmare, avgassystem, etc.
Beläggningsmaterialet placeras i vakuumkammarens förångningskälla och under högvakuumförhållanden värms det upp av förångningskällan för att avdunsta.När det genomsnittliga fria intervallet för ångmolekylerna är större än den linjära storleken på vakuumkammaren, efter att atomerna och molekylerna i filmångan har läckt ut från ytan av förångningskällan, hindras sällan av kollision mellan andra molekyler eller atomer, och direkt nå ytan av substratet som ska beläggas.På grund av den låga temperaturen på substratet kondenserar filmångpartiklarna på det och bildar en film.
För att förbättra vidhäftningen av förångningsmolekyler och substrat kan substratet aktiveras genom korrekt uppvärmning eller jonrening.Vakuumavdunstningsbeläggning går igenom följande fysikaliska processer från materialavdunstning, transport till avsättning i en film.
(1) Genom att använda olika sätt att omvandla andra former av energi till termisk energi, värms filmmaterialet för att förångas eller sublimeras till gasformiga partiklar (atomer, molekyler eller atomkluster) med en viss mängd energi (0,1 till 0,3 eV).
(2) Gasformiga partiklar lämnar filmens yta och transporteras till ytan av substratet med en viss rörelsehastighet, i huvudsak utan kollision, i en rak linje.
(3) De gasformiga partiklarna som når ytan av substratet smälter samman och bildar kärnor och växer sedan till en fastfasfilm.
(4) Omorganisation eller kemisk bindning av atomerna som utgör filmen.
2、 Förångningsuppvärmning
(1) Motståndsvärmeavdunstning
Motståndsvärmeavdunstning är den enklaste och mest använda uppvärmningsmetoden, allmänt tillämpbar på beläggningsmaterial med smältpunkt under 1500 ℃, metaller med hög smältpunkt i tråd- eller plåtform (W, Mo, Ti, Ta, bornitrid, etc.) vanligtvis tillverkad till en lämplig form av förångningskälla, laddad med förångningsmaterial, genom Joule-värmen av elektrisk ström för att smälta, förånga eller sublimera pläteringsmaterialet, formen på förångningskällan inkluderar huvudsakligen flersträngad spiral, U-formad, sinusvåg , tunnplåt, båt, konkorg etc. Samtidigt kräver metoden att förångningskällans material har hög smältpunkt, lågt mättningsångtryck, stabila kemiska egenskaper, inte har kemisk reaktion med beläggningsmaterialet vid hög temperatur, bra värmebeständighet, liten förändring i effekttäthet, etc. Den antar hög ström genom förångningskällan för att få den att värmas upp och förånga filmmaterialet genom direkt uppvärmning, eller placera filmmaterialet i degeln gjord av grafit och viss högtemperaturbeständighet metalloxider (som A202, B0) och andra material för indirekt uppvärmning för att avdunsta.
Förångningsbeläggning för motståndskraftig uppvärmning har begränsningar: eldfasta metaller har lågt ångtryck, vilket är svårt att göra tunn film;vissa element är lätta att bilda en legering med värmetråden;det är inte lätt att få en enhetlig sammansättning av legeringsfilmen.På grund av den enkla strukturen, det låga priset och den enkla driften av förångningsmetoden för motståndsuppvärmning är det en mycket vanlig tillämpning av förångningsmetoden.
(2) Elektronstrålevärmeavdunstning
Elektronstråleförångning är en metod för att förånga beläggningsmaterialet genom att bombardera det med en elektronstråle med hög energidensitet genom att placera det i en vattenkyld koppardegel.Förångningskällan består av en elektronemissionskälla, en elektronaccelerationskraftkälla, en degel (vanligtvis en koppardegel), en magnetfältspole och en kylvattensats, etc. I denna enhet placeras det uppvärmda materialet i ett vatten -kyld degel, och elektronstrålen bombarderar endast en mycket liten del av materialet, medan det mesta av det återstående materialet förblir vid en mycket låg temperatur under kyleffekten av degeln, vilket kan betraktas som den bombarderade delen av degeln.Således kan metoden för elektronstråleuppvärmning för förångning undvika förorening mellan beläggningsmaterialet och förångningskällan.
Strukturen hos elektronstråleförångningskällan kan delas in i tre typer: raka kanoner (Boules-pistoler), ringpistoler (elektriskt avböjda) och e-kanoner (magnetiskt avböjda).En eller flera deglar kan placeras i en indunstningsanläggning, som kan avdunsta och avsätta många olika ämnen samtidigt eller separat.
Elektronstråleförångningskällor har följande fördelar.
①Den höga stråltätheten hos elektronstrålebombardementets förångningskälla kan få en mycket högre energitäthet än motståndsvärmekällan, som kan förånga material med hög smältpunkt, såsom W, Mo, Al2O3, etc.
②Beläggningsmaterialet placeras i en vattenkyld koppardegel, som kan undvika avdunstning av förångningskällan och reaktionen mellan dem.
③Värme kan tillföras direkt till ytan av beläggningsmaterialet, vilket gör den termiska effektiviteten hög och förlusten av värmeledning och värmestrålning låg.
Nackdelen med elektronstråleuppvärmningsförångningsmetoden är att de primära elektronerna från elektronkanonen och de sekundära elektronerna från ytan av beläggningsmaterialet joniserar de förångande atomerna och kvarvarande gasmolekylerna, vilket ibland påverkar filmens kvalitet.
(3) Högfrekvent induktionsvärmeavdunstning
Högfrekvent induktionsuppvärmningsförångning är att placera degeln med beläggningsmaterial i mitten av den högfrekventa spiralspolen, så att beläggningsmaterialet genererar stark virvelström och hystereseffekt under induktion av högfrekvent elektromagnetiskt fält, vilket orsakar filmskikt för att värma upp tills det förångas och avdunstar.Förångningskällan består i allmänhet av en vattenkyld högfrekvensspole och en grafit- eller keramikdegel (magnesiumoxid, aluminiumoxid, boroxid, etc.).Den högfrekventa strömförsörjningen använder en frekvens på tiotusen till flera hundra tusen Hz, ineffekten är flera till flera hundra kilowatt, ju mindre volym membranmaterialet är, desto högre är induktionsfrekvensen.Induktionsspolens frekvens är vanligtvis gjord av vattenkylt kopparrör.
Nackdelen med högfrekvent induktionsuppvärmningsförångningsmetod är att det inte är lätt att finjustera ineffekten, den har följande fördelar.
①Hög avdunstningshastighet
②Temperaturen på förångningskällan är enhetlig och stabil, så det är inte lätt att producera fenomenet med beläggningsdroppar, och det kan också undvika fenomenet med pinholes på den avsatta filmen.
③ Förångningskällan laddas en gång, och temperaturen är relativt enkel och enkel att kontrollera.
Posttid: 2022-okt-28