Принцип на нанасяне на покритие чрез вакуумно изпаряване
1、Оборудване и физически процес на нанасяне на покритие чрез вакуумно изпаряване
Оборудването за нанасяне на покритие чрез вакуумно изпаряване се състои главно от вакуумна камера и система за евакуация.Във вакуумната камера има източник на изпарение (т.е. нагревател за изпарение), субстрат и рамка на субстрата, нагревател на субстрата, изпускателна система и др.
Покриващият материал се поставя в източника на изпарение на вакуумната камера и при условия на висок вакуум се нагрява от източника на изпарение, за да се изпари.Когато средният свободен обхват на молекулите на парата е по-голям от линейния размер на вакуумната камера, след като атомите и молекулите на филмовата пара избягат от повърхността на източника на изпарение, рядко биват възпрепятствани от сблъсъка на други молекули или атоми, и достигат директно до повърхността на субстрата, който ще бъде покрит.Поради ниската температура на основата, частиците на филмовата пара кондензират върху нея и образуват филм.
За да се подобри адхезията на изпарителните молекули и субстрата, субстратът може да се активира чрез подходящо нагряване или йонно почистване.Покритието чрез вакуумно изпаряване преминава през следните физически процеси от изпаряване на материала, транспортиране до отлагане във филм.
(1) Използвайки различни начини за преобразуване на други форми на енергия в топлинна енергия, филмовият материал се нагрява, за да се изпари или сублимира в газообразни частици (атоми, молекули или атомни клъстери) с определено количество енергия (0,1 до 0,3 eV).
(2) Газообразните частици напускат повърхността на филма и се транспортират до повърхността на субстрата с определена скорост на движение, по същество без сблъсък, по права линия.
(3) Газообразните частици, достигащи повърхността на субстрата, се сливат и образуват ядра и след това растат в твърдофазен филм.
(4) Реорганизация или химическо свързване на атомите, които изграждат филма.
2、Отопление чрез изпаряване
(1) Съпротивление при нагряване на изпарение
Изпаряването чрез резистентно нагряване е най-простият и най-често използван метод за нагряване, обикновено приложим за материали за покритие с точка на топене под 1500 ℃, метали с висока точка на топене във формата на тел или лист (W, Mo, Ti, Ta, борен нитрид и др.) са обикновено се прави в подходяща форма на източник на изпарение, зареден с материали за изпаряване, чрез джаулова топлина на електрически ток за стопяване, изпаряване или сублимиране на материала за покритие, формата на източника на изпарение включва главно многонишкова спирала, U-образна, синусоидална вълна , тънка плоча, лодка, конусна кошница и т.н. В същото време методът изисква изходният материал за изпаряване да има висока точка на топене, ниско налягане на наситените пари, стабилни химични свойства, да няма химическа реакция с покриващия материал при висока температура, добра топлоустойчивост, малка промяна в плътността на мощността и т.н. Той приема висок ток през източника на изпарение, за да нагрее и изпари филмовия материал чрез директно нагряване или да постави филмовия материал в тигела, направен от графит и определена устойчивост на висока температура метални оксиди (като A202, B0) и други материали за индиректно нагряване, за да се изпарят.
Устойчивото нагряване на изпарителното покритие има ограничения: огнеупорните метали имат ниско налягане на парите, което е трудно да се направи тънък филм;някои елементи лесно се образуват в сплав с нагревателната тел;не е лесно да се получи равномерен състав на филма от сплав.Поради простата структура, ниската цена и лесната работа на метода на резистентно нагряване на изпаряване, това е много често приложение на метода на изпаряване.
(2) Изпаряване чрез нагряване с електронен лъч
Електронно-лъчево изпаряване е метод за изпаряване на покриващия материал чрез бомбардирането му с електронен лъч с висока енергийна плътност чрез поставянето му в меден тигел с водно охлаждане.Източникът на изпарение се състои от източник на емисии на електрони, източник на енергия за ускоряване на електрони, тигел (обикновено меден тигел), бобина с магнитно поле и комплект за охлаждаща вода и т.н. В това устройство нагретият материал се поставя във вода -охладен тигел и електронният лъч бомбардира само много малка част от материала, докато по-голямата част от останалия материал остава при много ниска температура под охлаждащия ефект на тигела, което може да се разглежда като бомбардирана част от тигела.По този начин, методът на нагряване с електронен лъч за изпаряване може да избегне замърсяване между покриващия материал и източника на изпарение.
Структурата на източника на изпарение на електронен лъч може да бъде разделена на три типа: прави пушки (пушки Boules), пръстеновидни пушки (с електрически отклонения) и електронни пушки (с магнитно отклонение).Един или повече тигели могат да бъдат поставени в съоръжение за изпаряване, което може да изпарява и отлага много различни вещества едновременно или поотделно.
Източниците на електронно лъчево изпарение имат следните предимства.
①Високата плътност на лъча на източника на изпарение при бомбардиране с електронен лъч може да получи много по-голяма енергийна плътност от източника на резистентно нагряване, който може да изпарява материали с висока точка на топене, като W, Mo, Al2O3 и др.
②Материалът за покритие се поставя във водно охлаждан меден тигел, който може да избегне изпарението на изходния материал за изпаряване и реакцията между тях.
③Топлина може да се добави директно към повърхността на покриващия материал, което прави топлинната ефективност висока и загубата на топлопроводимост и топлинно излъчване ниска.
Недостатъкът на метода за изпаряване при нагряване с електронен лъч е, че първичните електрони от електронния пистолет и вторичните електрони от повърхността на покриващия материал ще йонизират изпаряващите се атоми и молекулите на остатъчния газ, което понякога ще повлияе на качеството на филма.
(3) Високочестотно индукционно нагряване изпарение
Високочестотното индукционно нагряващо изпаряване е да се постави тигелът с покриващ материал в центъра на високочестотната спирална намотка, така че покриващият материал да генерира силен вихров ток и хистерезис под индукцията на високочестотно електромагнитно поле, което причинява филмов слой, за да се нагрее, докато се изпари и изпари.Източникът на изпарение обикновено се състои от високочестотна намотка с водно охлаждане и графитен или керамичен (магнезиев оксид, алуминиев оксид, борен оксид и др.) тигел.Високочестотното захранване използва честота от десет хиляди до няколкостотин хиляди Hz, входната мощност е от няколко до няколкостотин киловата, колкото по-малък е обемът на мембранния материал, толкова по-висока е честотата на индукция.Честотата на индукционната намотка обикновено е направена от медна тръба с водно охлаждане.
Недостатъкът на метода за изпаряване с високочестотно индукционно нагряване е, че не е лесно да се регулира фино входната мощност, той има следните предимства.
①Висока скорост на изпарение
②Температурата на източника на изпарение е равномерна и стабилна, така че не е лесно да се произведе явлението пръскане на капчици на покритието и може също така да се избегне явлението на дупчици върху отложения филм.
③Източникът на изпарение се зарежда веднъж и температурата се контролира относително лесно и лесно.
Време на публикуване: 28 октомври 2022 г