Quy luật tăng trưởng của lớp màng phủ bay hơi chân không

Trong quá trình phủ màng bằng phương pháp bay hơi, sự hình thành mầm và phát triển của lớp màng là nền tảng của nhiều công nghệ phủ ion khác nhau.

1. Sự hình thành mầm

Incông nghệ phủ bay hơi chân khôngSau khi các hạt màng được bay hơi từ nguồn bay hơi dưới dạng nguyên tử, chúng bay thẳng đến phôi trong môi trường chân không cao và hình thành lớp màng bằng quá trình tạo mầm và phát triển trên bề mặt phôi. Trong quá trình bay hơi chân không, năng lượng của các nguyên tử màng thoát ra từ nguồn bay hơi khoảng 0,2 eV. Khi lực liên kết giữa các hạt của lớp màng lớn hơn lực liên kết giữa các nguyên tử của lớp màng và phôi, sẽ hình thành một hạt nhân dạng đảo. Một nguyên tử màng đơn lẻ sẽ lưu lại trên bề mặt phôi trong một khoảng thời gian nhất định, thực hiện các chuyển động bất thường, khuếch tán, di chuyển hoặc va chạm với các nguyên tử khác để tạo thành các cụm nguyên tử. Khi số lượng nguyên tử trong cụm nguyên tử đạt đến một giá trị tới hạn nhất định, một hạt nhân ổn định được hình thành, được gọi là hạt nhân có hình dạng đồng nhất.

Bề mặt nhẵn mịn, chứa nhiều khuyết tật và bậc thang, gây ra sự khác biệt về lực hấp phụ của các phần khác nhau trên phôi đối với các nguyên tử phóng xạ. Năng lượng hấp phụ của bề mặt khuyết tật lớn hơn năng lượng hấp phụ của bề mặt bình thường, do đó nó trở thành trung tâm hoạt động, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành mầm ưu tiên, được gọi là sự hình thành mầm không đồng nhất. Khi lực liên kết bằng lực bám dính, hoặc lực bám dính giữa các nguyên tử màng và phôi lớn hơn lực liên kết giữa các nguyên tử màng, cấu trúc dạng phiến được hình thành. Trong công nghệ mạ ion, lõi dạng đảo được hình thành trong hầu hết các trường hợp.

2. Tăng trưởng

Khi phần lõi của lớp màng được hình thành, nó tiếp tục phát triển bằng cách giữ lại các nguyên tử va chạm. Các đảo phát triển và kết hợp với nhau để tạo thành các bán cầu lớn hơn, dần dần hình thành một lớp đảo bán cầu trải rộng trên bề mặt của vật gia công.

Khi năng lượng nguyên tử của lớp màng cao, nó có thể khuếch tán đủ trên bề mặt và tạo thành một lớp màng mịn, liên tục khi các cụm nguyên tử đến sau có kích thước nhỏ. Nếu sự khuếch tán của các nguyên tử trên bề mặt yếu và kích thước của các cụm lắng đọng lớn, chúng tồn tại dưới dạng các hạt nhân hình bán đảo lớn. Phần đỉnh của lõi đảo có tác dụng che chắn mạnh mẽ lên phần lõm, đó là "hiệu ứng bóng". Sự nhô ra của bề mặt thuận lợi hơn cho việc thu giữ các nguyên tử lắng đọng sau đó và sự phát triển ưu tiên, dẫn đến độ lõm trên bề mặt tăng lên để tạo thành các tinh thể hình nón hoặc hình cột có kích thước đủ lớn. Các lỗ rỗng xuyên suốt được hình thành giữa các tinh thể hình nón và giá trị độ nhám bề mặt tăng lên. Có thể thu được mô mịn ở chân không cao, khi độ chân không giảm, cấu trúc vi mô của màng trở nên dày hơn.