Princip vakuového napařování
1, Zařízení a fyzikální proces vakuového odpařování povlaku
Zařízení pro vakuové odpařování se skládá hlavně z vakuové komory a evakuačního systému.Uvnitř vakuové komory je zdroj odpařování (tj. odpařovací ohřívač), substrát a rám substrátu, ohřívač substrátu, výfukový systém atd.
Nátěrový materiál je umístěn ve zdroji odpařování vakuové komory a za podmínek vysokého vakua je zahříván zdrojem odpařování, aby se odpařil.Když je průměrný volný dosah molekul páry větší než lineární velikost vakuové komory, poté, co atomy a molekuly filmové páry unikly z povrchu zdroje odpařování, jsou zřídka bráněny srážkou jiných molekul nebo atomů, a přímo dosáhnout na povrch substrátu, který má být potažen.Vlivem nízké teploty podkladu na něm částice par filmu kondenzují a vytvářejí film.
Aby se zlepšila adheze vypařovacích molekul a substrátu, lze substrát aktivovat správným zahřátím nebo iontovým čištěním.Vakuový napařovací povlak prochází následujícími fyzikálními procesy od odpařování materiálu, transportu až po nanášení do filmu.
(1) Pomocí různých způsobů přeměny jiných forem energie na tepelnou energii se filmový materiál zahřívá, aby se odpařil nebo sublimoval na plynné částice (atomy, molekuly nebo atomové shluky) s určitým množstvím energie (0,1 až 0,3 eV).
(2)Plynné částice opouštějí povrch fólie a jsou transportovány na povrch substrátu určitou rychlostí pohybu, v podstatě bez kolize, přímočaře.
(3) Plynné částice, které se dostanou na povrch substrátu, se spojí a vytvoří zárodky a poté přerostou do filmu pevné fáze.
(4) Reorganizace nebo chemická vazba atomů, které tvoří film.
2, odpařovací ohřev
(1) Odpařování odporovým ohřevem
Odpařování odporovým ohřevem je nejjednodušší a nejběžněji používaná metoda ohřevu, obecně použitelná pro nátěrové materiály s bodem tání pod 1500 ℃, kovy s vysokým bodem tání ve tvaru drátu nebo plechu (W, Mo, Ti, Ta, nitrid boru atd.) obvykle se vyrábí do vhodného tvaru zdroje odpařování, zatíženého odpařovacími materiály, pomocí Joulova tepla elektrického proudu k roztavení, odpaření nebo sublimaci pokovovacího materiálu, tvar odpařovacího zdroje zahrnuje především vícepramennou spirálu, tvar U, sinusovka , tenká deska, loď, kuželový koš atd. Současně metoda vyžaduje, aby materiál zdroje odpařování měl vysokou teplotu tání, nízký tlak nasycených par, stabilní chemické vlastnosti, neměl chemickou reakci s nátěrovým materiálem při vysoké teplotě, dobrá tepelná odolnost, malá změna hustoty výkonu atd. Přijímá vysoký proud přes zdroj odpařování, aby se zahřál a odpařil materiál filmu přímým ohřevem, nebo se materiál filmu vložil do kelímku vyrobeného z grafitu a určité odolnosti vůči vysokým teplotám oxidy kovů (jako je A202, B0) a další materiály pro nepřímý ohřev za účelem odpařování.
Odporový tepelný odpařovací povlak má omezení: žáruvzdorné kovy mají nízký tlak par, což je obtížné vytvořit tenký film;některé prvky lze snadno vytvořit slitinu s topným drátem;není snadné získat jednotné složení slitinového filmu.Vzhledem k jednoduché konstrukci, nízké ceně a snadnému ovládání metody odporového ohřevu odpařování je velmi běžnou aplikací metody odpařování.
(2) Odpařování ohřevem elektronovým paprskem
Odpařování elektronovým paprskem je způsob odpařování povlakového materiálu jeho bombardováním elektronovým paprskem s vysokou energetickou hustotou umístěním do vodou chlazeného měděného kelímku.Odpařovací zdroj se skládá ze zdroje elektronové emise, zdroje energie pro urychlení elektronů, kelímku (obvykle měděný kelímek), cívky magnetického pole a chladicího vodního setu atd. V tomto zařízení je ohřátý materiál umístěn ve vodě - chlazený kelímek a elektronový paprsek ostřeluje pouze velmi malou část materiálu, zatímco většina zbývajícího materiálu zůstává při velmi nízké teplotě pod chladicím účinkem kelímku, který lze považovat za ostřelovanou část kelímku.Způsob ohřevu elektronovým paprskem pro odpařování by tedy mohl zabránit kontaminaci mezi povlakovým materiálem a materiálem zdroje odpařování.
Strukturu zdroje odpařování elektronového paprsku lze rozdělit do tří typů: přímé pistole (boules guns), prstencové pistole (elektricky vychylované) a elektronické pistole (magneticky vychylované).Jeden nebo více kelímků může být umístěno v odpařovacím zařízení, které se může odpařovat a ukládat mnoho různých látek současně nebo odděleně.
Zdroje odpařování elektronového paprsku mají následující výhody.
①Vysoká hustota paprsku odpařovacího zdroje ostřelování elektronovým paprskem může získat mnohem větší hustotu energie než zdroj odporového ohřevu, který může odpařovat materiály s vysokým bodem tání, jako je W, Mo, Al2O3 atd.
②Potahový materiál je umístěn do vodou chlazeného měděného kelímku, který může zabránit odpařování materiálu zdroje odpařování a reakci mezi nimi.
③ Teplo může být přidáno přímo na povrch nátěrového materiálu, díky čemuž je tepelná účinnost vysoká a ztráta vedení tepla a tepelné záření jsou nízké.
Nevýhodou metody odpařování zahřátím elektronovým paprskem je, že primární elektrony z elektronového děla a sekundární elektrony z povrchu nátěrového materiálu budou ionizovat vypařující se atomy a molekuly zbytkového plynu, což někdy ovlivní kvalitu filmu.
(3) Vysokofrekvenční indukční ohřev odpařování
Vysokofrekvenční indukční ohřev odpařování spočívá v umístění kelímku s povlakovým materiálem do středu vysokofrekvenční spirálové cívky, takže povlakový materiál generuje silný vířivý proud a hysterezní efekt při indukci vysokofrekvenčního elektromagnetického pole, což způsobuje filmová vrstva se zahřeje, dokud se nevypaří a nevypaří.Odpařovací zdroj se obecně skládá z vodou chlazené vysokofrekvenční cívky a grafitového nebo keramického (oxid hořečnatý, oxid hlinitý, oxid boritý atd.) kelímku.Vysokofrekvenční zdroj využívá frekvenci deset tisíc až několik set tisíc Hz, příkon je několik až několik stovek kilowattů, čím menší je objem materiálu membrány, tím vyšší je indukční frekvence.Frekvence indukční cívky je obvykle vyrobena z vodou chlazené měděné trubky.
Nevýhodou metody odpařování vysokofrekvenčního indukčního ohřevu je, že není snadné jemně nastavit vstupní výkon, má následující výhody.
①Vysoká rychlost odpařování
②Teplota zdroje odpařování je rovnoměrná a stabilní, takže není snadné vytvořit fenomén stříkání kapiček povlaku a může se také vyhnout jevu dírek na usazeném filmu.
③Zdroj odpařování se naplní jednou a teplota je relativně snadná a snadno se ovládá.
Čas odeslání: 28. října 2022