Il rivestimento per evaporazione sotto vuoto, denominato evaporazione, si riferisce al processo di evaporazione e vaporizzazione del materiale di rivestimento (o del materiale della pellicola) utilizzando un determinato metodo di riscaldamento ed evaporazione in condizioni di vuoto e le particelle volano sulla superficie del substrato per condensarsi e formare un film. L'evaporazione è una tecnologia di deposizione di vapore precedente e ampiamente utilizzata, che presenta i vantaggi di un semplice metodo di formazione della pellicola, elevata purezza e compattezza della pellicola e struttura e prestazioni uniche della pellicola. I materiali utilizzati nell'evaporazione sotto vuoto sono chiamati materiali di evaporazione.
Il materiale di deposizione viene evaporato o sublimato in particelle gassose → le particelle gassose vengono rapidamente trasportate dalla fonte di evaporazione alla superficie del substrato → le particelle gassose si attaccano alla superficie del substrato per nucleare e crescere in una pellicola solida → avviene la ricostruzione atomica della pellicola o il legame chimico.
Mettere il substrato nella camera a vuoto, riscaldare il materiale della pellicola mediante resistenza, fascio di elettroni, laser, ecc., per evaporare o sublimare il materiale della pellicola e gassificarlo in particelle (atomi, molecole o gruppi atomici) con una certa energia ( 0.1-0.3eV).
Le particelle gassose vengono rapidamente trasportate al substrato con un movimento lineare senza collisioni. Una parte delle particelle che raggiungono la superficie del substrato vengono riflesse, l'altra parte viene adsorbita sul substrato e diffonde sulla superficie. Le collisioni bidimensionali si verificano tra gli atomi depositati per formare cluster. Può rimanere in superficie per breve tempo prima di evaporare.
Gli ammassi di particelle si scontrano costantemente con le particelle che diffondono, o assorbono singole particelle, o emettono singole particelle.
Questo processo viene ripetuto. Quando il numero di particelle aggregate supera un certo valore critico, diventa un nucleo stabile e quindi continua ad assorbire e diffondere le particelle per crescere gradualmente. Infine, attraverso il contatto e la fusione di nuclei stabili adiacenti, si forma un film continuo.
Principio dell'evaporazione a resistenza: i materiali con una temperatura di evaporazione di 1000-2000 ° C possono essere riscaldati mediante resistenza come fonte di evaporazione. Il riscaldatore genera calore dopo che la resistenza è stata energizzata e il calore generato fa sì che le molecole o gli atomi del materiale di evaporazione ottengano energia cinetica sufficiente per evaporare.
1. La fonte di evaporazione è generalmente filamentosa (0.05-0.13 cm), facile da usare, materiali di consumo economici e facili da sostituire.
2. Il materiale in evaporazione deve bagnare il filo riscaldante ed essere sostenuto dalla tensione superficiale. Solo il metallo o la lega possono essere evaporati e il filo riscaldante diventa facilmente fragile.
3. I materiali di origine dell'evaporazione comunemente utilizzati sono: W, Mo, Ta, ossido di metallo resistente alle alte temperature, crogiolo di ceramica o grafite.
Svantaggi dell'evaporazione dell'affitto elettrico: può verificarsi una reazione tra il materiale di supporto e l'evaporatore; la temperatura di esercizio generale è 1500~1900 ℃, è difficile raggiungere una temperatura di evaporazione più elevata, quindi i materiali evaporabili sono limitati; il tasso di evaporazione è basso; la velocità di riscaldamento non è elevata. Se il materiale da evaporare durante l'evaporazione è una lega o un composto, potrebbe decomporsi o avere una velocità di evaporazione diversa, causando una deviazione della composizione del film dalla composizione del materiale evaporato. Ad alta temperatura, tantalio e oro formano leghe, alluminio, ferro, nichel, cobalto, ecc. formano leghe con tungsteno, molibdeno, tantalio, ecc. E tungsteno, molibdeno reagisce con acqua o ossigeno per formare gas di ossidi volatili.
Il fascio di elettroni viene accelerato dopo aver attraversato un campo elettrico di 5-10 KV, quindi focalizzato sulla superficie del materiale da evaporare e l'energia viene trasferita al materiale da evaporare per sciogliersi ed evaporare.
1. È possibile realizzare l'evaporazione delle sostanze refrattarie e un'evaporazione rapida con un'elevata densità di potenza per impedire la separazione delle leghe.
2. È possibile posizionare più crogioli contemporaneamente e una varietà di sostanze diverse può essere evaporata contemporaneamente o separatamente;
3. Senza inquinamento. La maggior parte dei sistemi di evaporazione del fascio di elettroni utilizzano fasci di elettroni con focalizzazione magnetica o flessione magnetica. Il materiale evaporato viene posto in un crogiolo raffreddato ad acqua, ed il materiale da evaporare che è a contatto con il crogiolo (crogiolo raffreddato ad acqua) rimane solido ed evapora sulla superficie del materiale.
Inibisce efficacemente la reazione tra il crogiolo e il materiale di evaporazione, la possibilità di reazione tra il materiale di evaporazione e il crogiolo è molto ridotta, adatta per la preparazione di film sottili di elevata purezza e può preparare materiali a film sottile nei campi dell'ottica , elettronica e optoelettronica, come Mo, Ta, Nb, MgF2, Ga2Te3, TiO2, Al2O3, SnO2, Si, ecc.; l'energia cinetica molecolare vaporizzata è maggiore ed è possibile ottenere una pellicola più solida e densa rispetto al riscaldamento a resistenza.
Svantaggi dell'evaporazione con fascio di elettroni: può ionizzare il gas evaporato e il gas residuo, il che a volte influisce sulla qualità dello strato di pellicola; la struttura del dispositivo di evaporazione a fascio di elettroni è complessa e costosa; i raggi X generati provocano determinati danni al corpo umano.
Principio dell'evaporazione laser: il laser viene utilizzato come fonte di calore e il raggio laser ad alta energia passa attraverso la finestra della camera a vuoto per riscaldare il materiale evaporato fino al punto di sublimazione, trasformarlo in un gas e depositarlo in un film.
1. utilizzare il riscaldamento senza contatto, ridurre l'inquinamento, semplificare la camera a vuoto, adatta alla preparazione di film puri sotto ultravuoto;
2. La fonte di calore è pulita, senza inquinamento da parte del corpo scaldante;
3. La focalizzazione può ottenere un'elevata potenza e può depositare materiali ad alto punto di fusione come ceramiche e materiali a composizione complessa (evaporazione istantanea);
4. Il raggio è concentrato, il dispositivo laser può essere posizionato a lunga distanza e alcune pellicole di materiali speciali (come materiali altamente radioattivi) possono essere depositate in modo sicuro;
5. Alto tasso di evaporazione, la pellicola ha un'elevata adesione.
Svantaggi dell'evaporazione laser: è difficile controllare lo spessore del film; può provocare la decomposizione per surriscaldamento e lo sputtering dei composti; il costo delle apparecchiature di evaporazione laser è relativamente elevato.
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