Princip nanošenja premaza vakuumskim isparavanjem
1、Oprema i fizički proces presvlačenja vakuumskim isparavanjem
Oprema za oblaganje vakuumskim isparavanjem uglavnom se sastoji od vakuumske komore i sistema za evakuaciju.Unutar vakuumske komore nalaze se izvor isparavanja (tj. grijač za isparavanje), podloga i okvir supstrata, grijač supstrata, izduvni sistem, itd.
Materijal za oblaganje se postavlja u izvor isparavanja vakuumske komore, a u uslovima visokog vakuuma se zagreva od izvora isparavanja da bi ispario.Kada je prosječni slobodni raspon molekula pare veći od linearne veličine vakuumske komore, nakon što atomi i molekuli filmske pare pobjegnu s površine izvora isparavanja, rijetko su ometani sudarom drugih molekula ili atoma, i direktno dospiju na površinu podloge koju treba premazati.Zbog niske temperature podloge, čestice filmske pare se kondenzuju na njoj i formiraju film.
Kako bi se poboljšala adhezija molekula isparavanja i supstrata, supstrat se može aktivirati pravilnim zagrijavanjem ili čišćenjem jonima.Vakum evaporacijski premaz prolazi kroz sljedeće fizičke procese od isparavanja materijala, transporta do taloženja u film.
(1) Koristeći različite načine za pretvaranje drugih oblika energije u toplinsku energiju, filmski materijal se zagrijava da ispari ili sublimira u plinovite čestice (atome, molekule ili atomske klastere) s određenom količinom energije (0,1 do 0,3 eV).
(2) Plinovite čestice napuštaju površinu filma i prenose se na površinu podloge određenom brzinom kretanja, u suštini bez sudara, pravolinijski.
(3) Plinovite čestice koje dosegnu površinu supstrata spajaju se i stvaraju jezgro, a zatim rastu u film čvrste faze.
(4) Reorganizacija ili hemijsko povezivanje atoma koji čine film.
2、Grijanje isparavanjem
(1) Otpor grijanja na isparavanje
Otporno zagrijavanje isparavanjem je najjednostavniji i najčešće korišteni način grijanja, općenito primjenjiv na materijale za oblaganje sa tačkom tališta ispod 1500℃, metali visoke tačke topljenja u obliku žice ili lima (W, Mo, Ti, Ta, bor nitrid, itd.) su obično napravljen u prikladan oblik izvora isparavanja, napunjenog materijalima za isparavanje, kroz džulovu toplinu električne struje da se otopi, ispari ili sublimira materijal za oblaganje, oblik izvora isparavanja uglavnom uključuje spiralu sa više lanaca, u obliku slova U, sinusni val , tanka ploča, čamac, konusna košara, itd. U isto vrijeme, metoda zahtijeva da izvorni materijal isparavanja ima visoku tačku topljenja, nizak pritisak pare zasićenja, stabilna hemijska svojstva, da nema hemijsku reakciju sa materijalom za oblaganje na visokoj temperaturi, dobra otpornost na toplinu, mala promjena gustoće snage, itd. Usvaja veliku struju kroz izvor isparavanja kako bi se zagrijao i ispario filmski materijal direktnim grijanjem, ili stavio filmski materijal u lonac napravljen od grafita i otporan na određene visoke temperature metalni oksidi (kao što su A202, B0) i drugi materijali za indirektno zagrijavanje da bi isparili.
Otporno zagrijavanje premaz za isparavanje ima ograničenja: vatrostalni metali imaju nizak tlak pare, zbog čega je teško napraviti tanak film;neke elemente je lako formirati legurom s grijaćom žicom;nije lako postići ujednačen sastav filma legure.Zbog jednostavne strukture, niske cijene i jednostavnog rada metode otpornog grijanja, metoda isparavanja je vrlo česta primjena metode isparavanja.
(2) Isparavanje grijanja elektronskim snopom
Isparavanje elektronskim snopom je metoda isparavanja materijala za oblaganje bombardiranjem snopom elektrona visoke gustine stavljanjem u vodeno hlađeni bakarni lončić.Izvor isparavanja se sastoji od izvora emisije elektrona, izvora energije za ubrzavanje elektrona, lončića (obično bakrenog lončića), zavojnice magnetskog polja i rashladne vode, itd. U ovom uređaju zagrijani materijal se stavlja u vodu -hlađeni lončić, a elektronski snop bombardira samo vrlo mali dio materijala, dok većina preostalog materijala ostaje na vrlo niskoj temperaturi pod efektom hlađenja lončića, što se može smatrati bombardiranim dijelom lončića.Dakle, metoda zagrijavanja elektronskim snopom radi isparavanja može izbjeći kontaminaciju između materijala za oblaganje i materijala izvora isparavanja.
Struktura izvora isparavanja elektronskog snopa može se podijeliti u tri tipa: ravne puške (boules topovi), prstenaste puške (električno odbijene) i e-puške (magnetno odbijene).Jedan ili više lonaca se može postaviti u postrojenje za isparavanje, koje može ispariti i deponirati mnogo različitih tvari istovremeno ili odvojeno.
Izvori isparavanja elektronskih zraka imaju sljedeće prednosti.
①Velika gustina snopa izvora isparavanja bombardovanja elektronskim snopom može dobiti daleko veću gustoću energije od izvora otpornog grijanja, koji može ispariti materijale visoke tačke topljenja, kao što su W, Mo, Al2O3, itd.
②Materijal za oblaganje stavlja se u vodeno hlađeni bakarni lončić, koji može izbjeći isparavanje materijala izvora isparavanja i reakciju između njih.
③Toplota se može dodati direktno na površinu materijala za premazivanje, što čini toplotnu efikasnost visokom, a gubitak toplotne provodljivosti i toplotnog zračenja niskim.
Nedostatak metode isparavanja zagrijavanjem elektronskim snopom je u tome što će primarni elektroni iz elektronskog topa i sekundarni elektroni sa površine materijala za oblaganje ionizirati atome koji isparavaju i molekule zaostalog plina, što će ponekad utjecati na kvalitetu filma.
(3) Visokofrekventno indukcijsko grijanje isparavanjem
Visokofrekventno indukcijsko zagrijavanje isparavanjem je postavljanje lonca s materijalom za oblaganje u centar visokofrekventne spiralne zavojnice, tako da materijal za oblaganje stvara jaku vrtložna struja i efekat histereze pod indukcijom visokofrekventnog elektromagnetnog polja, što uzrokuje sloj filma da se zagreje dok ne ispari i ispari.Izvor isparavanja se uglavnom sastoji od vodeno hlađenog visokofrekventnog namotaja i grafitnog ili keramičkog (magnezijum oksid, aluminijum oksid, bor oksid, itd.) lončića.Visokofrekventno napajanje koristi frekvenciju od deset hiljada do nekoliko stotina hiljada Hz, ulazna snaga je nekoliko do nekoliko stotina kilovata, što je manji volumen materijala membrane, to je veća frekvencija indukcije.Frekvencija indukcijske zavojnice je obično napravljena od bakrene cijevi hlađene vodom.
Nedostatak metode visokofrekventnog indukcijskog grijanja isparavanjem je što nije lako fino podesiti ulaznu snagu, ima sljedeće prednosti.
①Visoka stopa isparavanja
②Temperatura izvora isparavanja je ujednačena i stabilna, tako da nije lako proizvesti fenomen prskanja kapljica premaza, a može se izbjeći i pojava rupica na nanesenom filmu.
③Izvor isparavanja se puni jednom, a temperaturu je relativno lako i jednostavno kontrolisati.
Vrijeme objave: 28.10.2022