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| 真空蒸發(fā)鍍膜及應(yīng)用范圍 |
| 發(fā)布時(shí)間：2014-12-06 瀏覽： 次 |
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真空蒸發(fā)鍍膜是在真空條件下，用蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)物質(zhì)使之汽化，蒸發(fā)粒子流直接射向基片并在基片上沉積形成固態(tài)薄膜的技術(shù)。 蒸鍍是物理氣相沉積(PVD)技 術(shù)中發(fā)展最早、應(yīng)用較為廣泛的鍍膜技術(shù)，盡管后來(lái)發(fā)展起來(lái)的濺射鍍和離子鍍?cè)谠S多方面比蒸鍍優(yōu)越，但真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)仍有許多優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)備與工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，即可沉積非常純凈的膜層，又可制備具有特定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的膜層等，仍然是當(dāng)今非常重發(fā)的鍍膜技術(shù)。 近年來(lái)，由于電子轟擊蒸發(fā)、高頻感應(yīng)蒸發(fā)以及激光蒸 發(fā)等技術(shù)在蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，使這一技術(shù)更趨完善。 真空蒸發(fā)鍍膜的物理過(guò)程 將膜材置于真空室內(nèi)的蒸發(fā)源中，在高真空條件下，通過(guò)蒸發(fā)源加熱使其蒸發(fā)，膜材蒸氣的原子和分子從蒸發(fā)源表面逸出后，且當(dāng)蒸氣分子的平均自由程大于真空室 的線(xiàn)性尺寸以后，很少受到其他分子或原子的沖擊與陰礙，可直接到過(guò)被鍍的基片表面上，由于基片溫度較低，便凝結(jié)其上而成膜。 為了提高蒸發(fā)分子與基片的附著 力，對(duì)基片進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜峄蚬逑词蛊浠罨潜匾摹?/p> 真空蒸發(fā)鍍膜從物料蒸發(fā)輸運(yùn)到沉積成膜，經(jīng)歷的物理過(guò)程為： 1)采用各種能源方式轉(zhuǎn)換成熱能，加熱膜材使之蒸發(fā)或升華，成為具有一定能量的氣態(tài)粒子; 2)離子膜材表面，具有相當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度的氣態(tài)粒子以基本上無(wú)碰撞的直線(xiàn)飛行輸運(yùn)到基片表面; 3)到達(dá)基片表面的氣態(tài)粒子凝聚形核后生長(zhǎng)成固相薄膜; 4)組成薄膜的原子重組排列或產(chǎn)生化學(xué)鍵合。 為使蒸發(fā)鍍膜順利進(jìn)行，應(yīng)具備兩個(gè)條件：蒸發(fā)過(guò)程中的真空條件和鍍膜過(guò)程中的蒸發(fā)條件。 蒸發(fā)過(guò)程中的真空條件。蒸發(fā)鍍膜過(guò)程 中，從膜材表面蒸發(fā)的粒子以一定的速度在空間沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，直到與其其他粒子碰撞為止。 在真空室內(nèi)，當(dāng)氣相中的粒子濃度和殘余氣體的壓力足夠低時(shí)，這些粒子從蒸發(fā)源到基片之間可以保持直線(xiàn)飛行，否則，就會(huì)產(chǎn)生磁撞而改變運(yùn)動(dòng)方向。 為此，增加殘余氣體 的平均自由程，借以減少其與蒸氣分子的碰撞幾率，把真空室內(nèi)抽成高真空是必要的。當(dāng)真空容器內(nèi)蒸氣分子的平均自由程大于蒸發(fā)源與基片的距離時(shí)，就會(huì)獲得充 分的真空條件。 真空條件下物質(zhì)的蒸發(fā)特點(diǎn)。膜材加熱到一定溫度時(shí)就會(huì)發(fā)生氣休現(xiàn)象，即由固相或液相進(jìn)入到氣相，在真空條件下物質(zhì)的蒸發(fā)比在常壓下容易得多，所需的蒸發(fā)溫度也大幅度下降，因此熔化蒸發(fā)過(guò)程縮短，蒸發(fā)效率明顯地提高。 液相或固相的膜材原子或分子要從其表面逃逸出來(lái)必須獲得足夠的熱能，有足夠大的熱運(yùn)動(dòng);當(dāng)其垂直表面的速度分量的動(dòng)能足以克服原子或分子間想到吸引的能量 時(shí)，才可能逸出表面，完成蒸發(fā)或升華。在蒸發(fā)過(guò)程中，膜材汽化的量與膜材受熱有密切關(guān)系。 加熱溫度越高，分子動(dòng)能越大，蒸發(fā)或升華的粒子量就越多蒸發(fā)過(guò)程 不斷地消耗膜材的內(nèi)能，要維持蒸發(fā)，就要不斷地補(bǔ)給膜材熱能。蒸發(fā)過(guò)程中膜材的蒸發(fā)速率及其影響因素等與其飽和蒸氣壓密切相關(guān)。 在一定溫度下，真空室中蒸發(fā)材料的蒸發(fā)在固相或液相分子平衡狀態(tài)下所呈現(xiàn)在壓力為飽和蒸氣壓。在飽和平衡狀態(tài)下，分子不斷地從冷凝液相或固相表面蒸發(fā)，同時(shí)有相同數(shù)量的分子與冷凝液相或固相表面相碰撞而返回到冷凝液相或固相中。 蒸發(fā)源。蒸發(fā)源是用來(lái)加熱膜材使之汽化蒸發(fā)的裝置。目前所用的蒸發(fā)源主要有電阻加熱、電子束加熱、感應(yīng)加熱、電弧加熱和激光加熱等多種形式。 電阻加熱式蒸發(fā)源：電阻式蒸發(fā)源簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，可以做成不同的容量、形狀并具有不同的電特性。 電子槍加熱蒸發(fā)源：有時(shí)很多材料不能用電阻加熱的形式蒸發(fā)，例如常用于可見(jiàn)光和近紅外光學(xué)器件鍍膜的絕緣材料。在這種情況下，必須采用電子束加熱方式。 電子束加熱所用的電子槍有多種類(lèi)型可供選擇。多坩堝電子槍可采用一個(gè)源對(duì)多種材料進(jìn)行蒸發(fā)，這種槍在鍍制多層膜且膜層較薄的工藝中應(yīng)用效果很好。 當(dāng)需要每種 鍍膜材料用量較大，或每個(gè)源都需要占用不同的位置時(shí)，可以選用單坩堝電子槍。電子槍所用電源的大小更多地取決于蒸發(fā)材料的導(dǎo)熱性，而不是其蒸發(fā)溫度。 電源 功率一般在4-10KW之間，對(duì)于大多數(shù)的絕緣材料，4KW就足夠了，而如果想達(dá)到很高的沉積速率，或在一個(gè)很大的真空室內(nèi)對(duì)導(dǎo)熱材料進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)，則需要 10KW以上的更大功率的電源 電子束加熱原理：電子束加熱蒸發(fā)源是利用熱陰極發(fā)射電子在電場(chǎng)作用下成為高能量密度的電子束直接轟擊至鍍料上。電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使鍍料加熱汽化，完成蒸發(fā)鍍膜。 感應(yīng)加熱式蒸發(fā)源：利用高頻電磁場(chǎng)感應(yīng)加熱膜材使其汽化蒸發(fā)的裝置稱(chēng)為感應(yīng)加熱式蒸發(fā)源 感應(yīng)加熱式蒸發(fā)源具有如下特點(diǎn)： 1)蒸發(fā)速率大。在卷繞蒸鍍膜中，當(dāng)沉積鋁膜厚度為40nm時(shí)，卷繞速度可達(dá)270m/min,比電阻加熱式蒸發(fā)源高10倍左右。 2)蒸發(fā)源溫度均勻穩(wěn)定，不易產(chǎn)生液滴飛濺現(xiàn)象?？杀苊庖旱纬练e在薄膜上產(chǎn)生針孔缺陷，提高膜層質(zhì)量。 3)蒸發(fā)源一次裝料，無(wú)需送絲機(jī)構(gòu)，溫度控制比較容易，操作簡(jiǎn)單。 4)對(duì)膜材純度要求略寬此，如一般真空感應(yīng)加熱式蒸發(fā)源用99.9%純度的鋁即可，而電阻加熱式蒸發(fā)源要求鋁的純度為99.39%，因此膜材的生產(chǎn)成本也可降低。 5)坩堝溫度較低，坩堝材料對(duì)膜導(dǎo)污染較少。 激光加熱式蒸發(fā)源：激光束加熱蒸發(fā)的原理是利用激光源發(fā)射的光子束的光能作為加熱膜材的熱源，使膜材吸熱汽化蒸發(fā)，激光加熱蒸發(fā)技術(shù)是真空蒸發(fā)鍍膜工藝中的一項(xiàng)新技術(shù)。 電弧加熱蒸發(fā)源：電弧加熱蒸發(fā)源是在高真空下通過(guò)兩導(dǎo)電材料制成的電極之間產(chǎn)生電弧放電，利用電弧高溫使電極材料蒸發(fā)。 電弧源的形式有交流電弧放電、直流電弧放電和電子轟擊電弧放電等形式。 電弧加熱蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是既可避免電阻加熱法中存在的加熱絲、坩堝與蒸發(fā)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)和污染問(wèn)題，還可以蒸發(fā)高熔點(diǎn)的難熔材料。 電弧加熱蒸發(fā)的缺點(diǎn)是電弧放電會(huì)飛濺出微米級(jí)的靶電極材料微粒，對(duì)膜層不利。 推薦閱讀 |
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