บทนำประวัติการพัฒนาเทคโนโลยีการระเหย

กระบวนการให้ความร้อนแก่วัสดุที่เป็นของแข็งในสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูงเพื่อให้ระเหิดหรือระเหยและตกตะกอนลงบนพื้นผิวเฉพาะเพื่อสร้างฟิล์มบาง เรียกว่า การเคลือบด้วยการระเหยในสุญญากาศ (เรียกสั้นๆ ว่า การเคลือบด้วยการระเหย)

ประวัติความเป็นมาของการเตรียมฟิล์มบางด้วยกระบวนการระเหยในสุญญากาศสามารถย้อนกลับไปได้ถึงช่วงทศวรรษ 1850 ในปี 1857 เอ็ม. ฟาร์ราร์ เริ่มทดลองการเคลือบในสุญญากาศโดยการระเหยลวดโลหะในไนโตรเจนเพื่อสร้างฟิล์มบาง เนื่องจากเทคโนโลยีสุญญากาศในขณะนั้นยังไม่ดีพอ การเตรียมฟิล์มบางด้วยวิธีนี้จึงใช้เวลานานมากและไม่สะดวก จนกระทั่งปี 1930 จึงมีการพัฒนาระบบสูบจ่ายแบบปั๊มร่วมด้วยปั๊มแบบใช้น้ำมัน ทำให้เทคโนโลยีสุญญากาศพัฒนาอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้การเคลือบด้วยการระเหยและการสปัตเตอร์กลายเป็นเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง

แม้ว่าการระเหยในสุญญากาศจะเป็นเทคโนโลยีการเคลือบฟิล์มบางแบบโบราณ แต่ก็เป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการและภาคอุตสาหกรรม ข้อดีหลักๆ คือ การใช้งานง่าย ควบคุมพารามิเตอร์การเคลือบได้ง่าย และได้ฟิล์มที่มีความบริสุทธิ์สูง กระบวนการเคลือบในสุญญากาศสามารถแบ่งออกได้เป็นสามขั้นตอนดังต่อไปนี้

1) ให้ความร้อนแก่สารตั้งต้นจนหลอมเหลวเพื่อระเหยหรือระเหิด 2) แยกไอออกจากสารตั้งต้นเพื่อระเหยหรือระเหิด

2) ไอระเหยถูกถ่ายโอนจากวัสดุต้นกำเนิดไปยังพื้นผิวรองรับ

3) ไอระเหยจะควบแน่นบนพื้นผิวของวัสดุรองรับ กลายเป็นฟิล์มแข็ง

การระเหยในสุญญากาศเพื่อสร้างฟิล์มบาง โดยทั่วไปจะเป็นฟิล์มผลึกหลายเหลี่ยมหรือฟิล์มอสัณฐาน กระบวนการเติบโตแบบฟิล์มเป็นเกาะเป็นกระบวนการหลัก ผ่านสองกระบวนการคือ การก่อตัวของนิวเคลียสและการสร้างฟิล์ม อะตอม (หรือโมเลกุล) ที่ระเหยจะชนกับพื้นผิวรองรับ บางส่วนจะยึดติดกับพื้นผิวรองรับอย่างถาวร บางส่วนจะดูดซับแล้วระเหยออกจากพื้นผิวรองรับ และบางส่วนจะสะท้อนกลับโดยตรงจากพื้นผิวรองรับ การยึดเกาะของอะตอม (หรือโมเลกุล) กับพื้นผิวรองรับเนื่องจากการเคลื่อนที่ทางความร้อนสามารถเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวได้ เช่น การสัมผัสกับอะตอมอื่น ๆ จะสะสมตัวเป็นกลุ่ม กลุ่มเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากที่สุดในบริเวณที่มีความเค้นบนพื้นผิวรองรับสูง หรือในขั้นตอนการละลายของพื้นผิวผลึก เนื่องจากจะช่วยลดพลังงานอิสระของอะตอมที่ถูกดูดซับ นี่คือกระบวนการก่อตัวของนิวเคลียส การตกตะกอนของอะตอม (โมเลกุล) เพิ่มเติมส่งผลให้กลุ่มรูปเกาะ (นิวเคลียส) ที่กล่าวมาข้างต้นขยายตัวจนกระทั่งกลายเป็นฟิล์มต่อเนื่อง ดังนั้น โครงสร้างและคุณสมบัติของฟิล์มผลึกหลายเหลี่ยมที่ระเหยในสุญญากาศจึงมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอัตราการระเหยและอุณหภูมิของพื้นผิวรองรับ โดยทั่วไป ยิ่งอุณหภูมิของพื้นผิวต่ำลง อัตราการระเหยก็จะยิ่งสูงขึ้น และฟิล์มก็จะยิ่งมีเกรนละเอียดและหนาแน่นขึ้น

–บทความนี้เผยแพร่โดยผู้ผลิตเครื่องเคลือบสุญญากาศกว่างตงเจิ้นหัว