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| 真空蒸發(fā)鍍膜及應用范圍 |
| 發(fā)布時間：2014-12-06 瀏覽：6426 次 |
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。 蒸鍍是物理氣相沉積(PVD)技 術中發(fā)展最早、應用較為廣泛的鍍膜技術，盡管后來發(fā)展起來的濺射鍍和離子鍍在許多方面比蒸鍍優(yōu)越，但真空蒸發(fā)鍍膜技術仍有許多優(yōu)點，如設備與工藝相對比較簡單，即可沉積非常純凈的膜層，又可制備具有特定結構和性質的膜層等，仍然是當今非常重發(fā)的鍍膜技術。 近年來，由于電子轟擊蒸發(fā)、高頻感應蒸發(fā)以及激光蒸 發(fā)等技術在蒸發(fā)鍍膜技術中的廣泛應用，使這一技術更趨完善。 真空蒸發(fā)鍍膜的物理過程 將膜材置于真空室內的蒸發(fā)源中，在高真空條件下，通過蒸發(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，且當蒸氣分子的平均自由程大于真空室 的線性尺寸以后，很少受到其他分子或原子的沖擊與陰礙，可直接到過被鍍的基片表面上，由于基片溫度較低，便凝結其上而成膜。 為了提高蒸發(fā)分子與基片的附著 力，對基片進行適當的加熱或郭清洗使其活化是必要的。 真空蒸發(fā)鍍膜從物料蒸發(fā)輸運到沉積成膜，經歷的物理過程為： 1)采用各種能源方式轉換成熱能，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，具有相當運動速度的氣態(tài)粒子以基本上無碰撞的直線飛行輸運到基片表面; 3)到達基片表面的氣態(tài)粒子凝聚形核后生長成固相薄膜; 4)組成薄膜的原子重組排列或產生化學鍵合。 為使蒸發(fā)鍍膜順利進行，應具備兩個條件：蒸發(fā)過程中的真空條件和鍍膜過程中的蒸發(fā)條件。 蒸發(fā)過程中的真空條件。蒸發(fā)鍍膜過程 中，從膜材表面蒸發(fā)的粒子以一定的速度在空間沿直線運動，直到與其其他粒子碰撞為止。 在真空室內，當氣相中的粒子濃度和殘余氣體的壓力足夠低時，這些粒子從蒸發(fā)源到基片之間可以保持直線飛行，否則，就會產生磁撞而改變運動方向。 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，把真空室內抽成高真空是必要的。當真空容器內蒸氣分子的平均自由程大于蒸發(fā)源與基片的距離時，就會獲得充 分的真空條件。 真空條件下物質的蒸發(fā)特點。膜材加熱到一定溫度時就會發(fā)生氣休現象，即由固相或液相進入到氣相，在真空條件下物質的蒸發(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必須獲得足夠的熱能，有足夠大的熱運動;當其垂直表面的速度分量的動能足以克服原子或分子間想到吸引的能量 時，才可能逸出表面，完成蒸發(fā)或升華。在蒸發(fā)過程中，膜材汽化的量與膜材受熱有密切關系。 加熱溫度越高，分子動能越大，蒸發(fā)或升華的粒子量就越多蒸發(fā)過程 不斷地消耗膜材的內能，要維持蒸發(fā)，就要不斷地補給膜材熱能。蒸發(fā)過程中膜材的蒸發(fā)速率及其影響因素等與其飽和蒸氣壓密切相關。 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)，同時有相同數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)源簡單、經濟、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：有時很多材料不能用電阻加熱的形式蒸發(fā)，例如常用于可見光和近紅外光學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型可供選擇。多坩堝電子槍可采用一個源對多種材料進行蒸發(fā)，這種槍在鍍制多層膜且膜層較薄的工藝中應用效果很好。 當需要每種 鍍膜材料用量較大，或每個源都需要占用不同的位置時，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)材料的導熱性，而不是其蒸發(fā)溫度。 電源 功率一般在4-10KW之間，對于大多數的絕緣材料，4KW就足夠了，而如果想達到很高的沉積速率，或在一個很大的真空室內對導熱材料進行蒸發(fā)時，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。電子束的動能轉化為熱能，使鍍料加熱汽化，完成蒸發(fā)鍍膜。 感應加熱式蒸發(fā)源：利用高頻電磁場感應加熱膜材使其汽化蒸發(fā)的裝置稱為感應加熱式蒸發(fā)源 感應加熱式蒸發(fā)源具有如下特點： 1)蒸發(fā)速率大。在卷繞蒸鍍膜中，當沉積鋁膜厚度為40nm時，卷繞速度可達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，不易產生液滴飛濺現象?？杀苊庖旱纬练e在薄膜上產生針孔缺陷，提高膜層質量。 3)蒸發(fā)源一次裝料，無需送絲機構，溫度控制比較容易，操作簡單。 4)對膜材純度要求略寬此，如一般真空感應加熱式蒸發(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%，因此膜材的生產成本也可降低。 5)坩堝溫度較低，坩堝材料對膜導污染較少。 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)技術是真空蒸發(fā)鍍膜工藝中的一項新技術。 電弧加熱蒸發(fā)源：電弧加熱蒸發(fā)源是在高真空下通過兩導電材料制成的電極之間產生電弧放電，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)物質發(fā)生反應和污染問題，還可以蒸發(fā)高熔點的難熔材料。 電弧加熱蒸發(fā)的缺點是電弧放電會飛濺出微米級的靶電極材料微粒，對膜層不利。 推薦閱讀 |
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