Prinsipyo ng vacuum evaporation coating
1, Kagamitan at pisikal na proseso ng vacuum evaporation coating
Ang vacuum evaporation coating equipment ay pangunahing binubuo ng vacuum chamber at evacuation system.Sa loob ng vacuum chamber, mayroong evaporation source (ie evaporation heater), substrate at substrate frame, substrate heater, exhaust system, atbp.
Ang materyal na patong ay inilalagay sa pinagmumulan ng pagsingaw ng silid ng vacuum, at sa ilalim ng mataas na mga kondisyon ng vacuum, pinainit ito ng pinagmumulan ng pagsingaw upang sumingaw.Kapag ang average na libreng saklaw ng mga molekula ng singaw ay mas malaki kaysa sa linear na sukat ng silid ng vacuum, pagkatapos na ang mga atomo at molekula ng singaw ng pelikula ay tumakas mula sa ibabaw ng pinagmumulan ng pagsingaw, ay bihirang nahahadlangan ng banggaan ng iba pang mga molekula o atomo, at direktang maabot ang ibabaw ng substrate na pahiran.Dahil sa mababang temperatura ng substrate, ang mga partikulo ng singaw ng pelikula ay nagpapalapot dito at bumubuo ng isang pelikula.
Upang mapabuti ang pagdirikit ng mga evaporation molecule at substrate, ang substrate ay maaaring i-activate sa pamamagitan ng wastong pagpainit o paglilinis ng ion.Ang vacuum evaporation coating ay dumadaan sa mga sumusunod na pisikal na proseso mula sa materyal na evaporation, transportasyon hanggang sa deposition sa isang pelikula.
(1) Gamit ang iba't ibang paraan upang i-convert ang iba pang anyo ng enerhiya sa thermal energy, ang materyal ng pelikula ay pinainit upang mag-evaporate o mag-sublimate sa mga gaseous na particle (mga atom, molekula o atomic cluster) na may tiyak na halaga ng enerhiya (0.1 hanggang 0.3 eV).
(2) Ang mga gas na particle ay umaalis sa ibabaw ng pelikula at dinadala sa ibabaw ng substrate sa isang tiyak na bilis ng paggalaw, mahalagang walang banggaan, sa isang tuwid na linya.
(3) Ang mga gas na particle na umaabot sa ibabaw ng substrate ay nagsasama at nag-nucleate, at pagkatapos ay lumalaki sa isang solid-phase film.
(4)Reorganization o kemikal na pagbubuklod ng mga atomo na bumubuo sa pelikula.
2, Pag-init ng singaw
(1) Resistance heating evaporation
Ang pagsingaw ng pag-init ng paglaban ay ang pinakasimpleng at pinakakaraniwang ginagamit na paraan ng pag-init, sa pangkalahatan ay naaangkop sa mga materyales sa patong na may punto ng pagkatunaw sa ibaba 1500 ℃, ang mataas na punto ng pagkatunaw ng mga metal sa hugis ng wire o sheet (W, Mo, Ti, Ta, boron nitride, atbp.) ay karaniwang ginawa sa isang angkop na hugis ng evaporation source, puno ng mga materyales sa pagsingaw, sa pamamagitan ng Joule init ng electric current upang matunaw, mag-evaporate o sublimate ang plating material, ang hugis ng evaporation source ay higit sa lahat ay kinabibilangan ng multi-strand spiral, U-shaped, sine wave , manipis na plato, bangka, cone basket, atbp. Kasabay nito, ang pamamaraan ay nangangailangan ng evaporation source material na magkaroon ng mataas na punto ng pagkatunaw, mababang saturation vapor pressure, matatag na mga katangian ng kemikal, walang kemikal na reaksyon sa materyal na patong sa mataas na temperatura, mahusay na paglaban sa init, maliit na pagbabago sa density ng kuryente, atbp. Gumagamit ito ng mataas na agos sa pamamagitan ng pinagmumulan ng evaporation upang painitin ito at i-evaporate ang materyal ng pelikula sa pamamagitan ng direktang pag-init, o ilagay ang materyal ng pelikula sa crucible na gawa sa grapayt at ilang partikular na lumalaban sa mataas na temperatura metal oxides (tulad ng A202, B0) at iba pang mga materyales para sa hindi direktang pagpainit upang sumingaw.
Resistance heating evaporation coating ay may mga limitasyon: ang mga refractory metal ay may mababang presyon ng singaw, na mahirap gumawa ng manipis na pelikula;ang ilang mga elemento ay madaling bumuo ng isang haluang metal na may heating wire;hindi madaling makakuha ng pare-parehong komposisyon ng haluang metal na pelikula.Dahil sa simpleng istraktura, mababang presyo at madaling operasyon ng paraan ng pagsingaw ng pag-init ng paglaban, ito ay isang pangkaraniwang aplikasyon ng paraan ng pagsingaw.
(2) Pagsingaw ng pagpainit ng electron beam
Ang electron beam evaporation ay isang paraan ng pag-evaporate ng coating material sa pamamagitan ng pagbobomba nito ng high-energy density electron beam sa pamamagitan ng paglalagay nito sa isang water-cooled na copper crucible.Ang evaporation source ay binubuo ng isang electron emission source, isang electron acceleration power source, isang crucible (karaniwan ay isang copper crucible), isang magnetic field coil, at isang cooling water set, atbp. Sa device na ito, ang heated material ay inilalagay sa isang tubig -cooled crucible, at ang electron beam ay nagbobomba lamang ng napakaliit na bahagi ng materyal, habang ang karamihan sa natitirang materyal ay nananatili sa napakababang temperatura sa ilalim ng cooling effect ng crucible, na maaaring ituring na bombarded na bahagi ng crucible.Kaya, ang paraan ng pag-init ng electron beam para sa pagsingaw ay maaaring maiwasan ang kontaminasyon sa pagitan ng materyal na patong at materyal na pinagmumulan ng pagsingaw.
Ang istraktura ng electron beam evaporation source ay maaaring nahahati sa tatlong uri: straight guns (Boules guns), ring guns (electrically deflected) at e-guns (magnetically deflected) .Ang isa o higit pang crucibles ay maaaring ilagay sa isang evaporation facility, na maaaring mag-evaporate at magdeposito ng maraming iba't ibang substance nang sabay-sabay o hiwalay.
Ang mga mapagkukunan ng pagsingaw ng electron beam ay may mga sumusunod na pakinabang.
①Ang high beam density ng electron beam bombardment evaporation source ay maaaring makakuha ng mas malaking densidad ng enerhiya kaysa sa resistance heating source, na maaaring mag-evaporate ng mataas na melting point na materyales, tulad ng W, Mo, Al2O3, atbp.
②Ang coating material ay inilalagay sa isang water-cooled copper crucible, na maaaring maiwasan ang evaporation ng evaporation source material, at ang reaksyon sa pagitan ng mga ito.
③Ang init ay maaaring direktang idagdag sa ibabaw ng materyal na patong, na ginagawang mataas ang thermal efficiency at ang pagkawala ng heat conduction at heat radiation ay mababa.
Ang kawalan ng paraan ng pag-evaporate ng pagpainit ng electron beam ay ang mga pangunahing electron mula sa electron gun at ang pangalawang electron mula sa ibabaw ng materyal na patong ay mag-ionize ng mga evaporating atom at natitirang mga molekula ng gas, na kung minsan ay makakaapekto sa kalidad ng pelikula.
(3) High frequency induction heating evaporation
Ang high-frequency induction heating evaporation ay upang ilagay ang crucible na may coating material sa gitna ng high-frequency spiral coil, upang ang coating material ay bumubuo ng malakas na eddy current at hysteresis effect sa ilalim ng induction ng high-frequency electromagnetic field, na nagiging sanhi ng film layer upang uminit hanggang sa ito ay magsingaw at mag-evaporate.Ang evaporation source ay karaniwang binubuo ng isang water-cooled high-frequency coil at isang graphite o ceramic (magnesium oxide, aluminum oxide, boron oxide, atbp.) crucible.Ang high frequency power supply ay gumagamit ng frequency na sampung libo hanggang ilang daang libong Hz, ang input power ay ilang hanggang ilang daang kilowatts, mas maliit ang volume ng membrane material, mas mataas ang induction frequency.Ang dalas ng induction coil ay kadalasang gawa sa water-cooled copper tube.
Ang kawalan ng high-frequency induction heating evaporation method ay hindi madaling ayusin ang input power, mayroon itong mga sumusunod na pakinabang.
①Mataas na rate ng pagsingaw
②Ang temperatura ng evaporation source ay pare-pareho at stable, kaya hindi madaling makagawa ng phenomenon ng coating droplets splash, at maiiwasan din nito ang phenomenon ng pinholes sa nakadepositong film.
③Ang evaporation source ay na-load nang isang beses, at ang temperatura ay medyo madali at simpleng kontrolin.
Oras ng post: Okt-28-2022