Principe du revêtement par évaporation sous vide
1, équipement et processus physique de revêtement par évaporation sous vide
L'équipement de revêtement par évaporation sous vide est principalement composé d'une chambre à vide et d'un système d'évacuation.À l'intérieur de la chambre à vide, il y a une source d'évaporation (c'est-à-dire un réchauffeur d'évaporation), un substrat et un cadre de substrat, un réchauffeur de substrat, un système d'échappement, etc.
Le matériau de revêtement est placé dans la source d'évaporation de la chambre à vide et, dans des conditions de vide poussé, il est chauffé par la source d'évaporation pour s'évaporer.Lorsque la plage libre moyenne des molécules de vapeur est supérieure à la taille linéaire de la chambre à vide, après que les atomes et les molécules de la vapeur du film se sont échappés de la surface de la source d'évaporation, sont rarement entravés par la collision d'autres molécules ou atomes, et atteindre directement la surface du substrat à revêtir.En raison de la basse température du substrat, les particules de vapeur du film se condensent dessus et forment un film.
Afin d'améliorer l'adhérence des molécules d'évaporation et du substrat, le substrat peut être activé par un chauffage approprié ou un nettoyage ionique.Le revêtement par évaporation sous vide passe par les processus physiques suivants, de l'évaporation du matériau, du transport au dépôt dans un film.
(1) En utilisant diverses manières pour convertir d'autres formes d'énergie en énergie thermique, le matériau du film est chauffé pour s'évaporer ou se sublimer en particules gazeuses (atomes, molécules ou amas atomiques) avec une certaine quantité d'énergie (0,1 à 0,3 eV).
(2) Les particules gazeuses quittent la surface du film et sont transportées vers la surface du substrat à une certaine vitesse de mouvement, essentiellement sans collision, en ligne droite.
(3) Les particules gazeuses atteignant la surface du substrat fusionnent et nucléent, puis se transforment en un film en phase solide.
(4) Réorganisation ou liaison chimique des atomes qui composent le film.
2、Chauffage par évaporation
(1) Évaporation par chauffage à résistance
L'évaporation par chauffage par résistance est la méthode de chauffage la plus simple et la plus couramment utilisée, généralement applicable aux matériaux de revêtement avec un point de fusion inférieur à 1500 ℃, les métaux à point de fusion élevé en forme de fil ou de feuille (W, Mo, Ti, Ta, nitrure de bore, etc.) sont généralement transformé en une forme appropriée de source d'évaporation, chargée de matériaux d'évaporation, à travers la chaleur Joule du courant électrique pour fondre, évaporer ou sublimer le matériau de placage, la forme de la source d'évaporation comprend principalement une spirale multibrin, en forme de U, sinusoïdale , plaque mince, bateau, panier conique, etc. En même temps, la méthode nécessite que le matériau source d'évaporation ait un point de fusion élevé, une faible pression de vapeur saturante, des propriétés chimiques stables, n'ait pas de réaction chimique avec le matériau de revêtement à haute température, bonne résistance à la chaleur, petit changement de densité de puissance, etc. Il adopte un courant élevé à travers la source d'évaporation pour le faire chauffer et évaporer le matériau du film par chauffage direct, ou mettre le matériau du film dans le creuset en graphite et certains résistants aux hautes températures les oxydes métalliques (tels que A202, B0) et d'autres matériaux pour le chauffage indirect à évaporer.
Le revêtement par évaporation par chauffage par résistance a des limites : les métaux réfractaires ont une faible pression de vapeur, ce qui est difficile à fabriquer en couche mince ;certains éléments sont faciles à former en alliage avec le fil chauffant ;il n'est pas facile d'obtenir une composition uniforme du film d'alliage.En raison de la structure simple, du faible prix et de la facilité d'utilisation de la méthode d'évaporation par chauffage par résistance, il s'agit d'une application très courante de la méthode d'évaporation.
(2) Évaporation par chauffage par faisceau d'électrons
L'évaporation par faisceau d'électrons est une méthode d'évaporation du matériau de revêtement en le bombardant avec un faisceau d'électrons à haute densité d'énergie en le plaçant dans un creuset en cuivre refroidi à l'eau.La source d'évaporation se compose d'une source d'émission d'électrons, d'une source d'alimentation d'accélération d'électrons, d'un creuset (généralement un creuset en cuivre), d'une bobine de champ magnétique et d'un ensemble d'eau de refroidissement, etc. Dans cet appareil, le matériau chauffé est placé dans une eau -creuset refroidi, et le faisceau d'électrons ne bombarde qu'une très petite partie du matériau, tandis que la majeure partie du matériau restant reste à très basse température sous l'effet de refroidissement du creuset, qui peut être considéré comme la partie bombardée du creuset.Ainsi, le procédé de chauffage par faisceau d'électrons pour l'évaporation pourrait éviter la contamination entre le matériau de revêtement et le matériau source d'évaporation.
La structure de la source d'évaporation du faisceau d'électrons peut être divisée en trois types : les pistolets droits (pistolets Boules), les pistolets annulaires (déviés électriquement) et les pistolets électroniques (déviés magnétiquement).Un ou plusieurs creusets peuvent être placés dans une installation d'évaporation, qui peut évaporer et déposer de nombreuses substances différentes simultanément ou séparément.
Les sources d'évaporation par faisceau d'électrons présentent les avantages suivants.
①La densité de faisceau élevée de la source d'évaporation par bombardement par faisceau d'électrons peut obtenir une densité d'énergie bien supérieure à celle de la source de chauffage par résistance, qui peut évaporer des matériaux à point de fusion élevé, tels que W, Mo, Al2O3, etc.
②Le matériau de revêtement est placé dans un creuset en cuivre refroidi à l'eau, ce qui peut éviter l'évaporation du matériau source d'évaporation et la réaction entre eux.
③La chaleur peut être ajoutée directement à la surface du matériau de revêtement, ce qui rend l'efficacité thermique élevée et la perte de conduction thermique et de rayonnement thermique faible.
L'inconvénient de la méthode d'évaporation par chauffage par faisceau d'électrons est que les électrons primaires du canon à électrons et les électrons secondaires de la surface du matériau de revêtement ioniseront les atomes qui s'évaporent et les molécules de gaz résiduel, ce qui affectera parfois la qualité du film.
(3) Évaporation par chauffage par induction à haute fréquence
L'évaporation par chauffage par induction à haute fréquence consiste à placer le creuset avec un matériau de revêtement au centre de la bobine en spirale à haute fréquence, de sorte que le matériau de revêtement génère un fort courant de Foucault et un effet d'hystérésis sous l'induction d'un champ électromagnétique à haute fréquence, ce qui provoque le couche de film à chauffer jusqu'à ce qu'elle se vaporise et s'évapore.La source d'évaporation est généralement constituée d'un serpentin haute fréquence refroidi par eau et d'un creuset en graphite ou en céramique (oxyde de magnésium, oxyde d'aluminium, oxyde de bore, etc.).L'alimentation haute fréquence utilise une fréquence de dix mille à plusieurs centaines de milliers de Hz, la puissance d'entrée est de plusieurs à plusieurs centaines de kilowatts, plus le volume du matériau de la membrane est petit, plus la fréquence d'induction est élevée.La fréquence de la bobine d'induction est généralement constituée d'un tube de cuivre refroidi à l'eau.
L'inconvénient de la méthode d'évaporation par chauffage par induction à haute fréquence est qu'il n'est pas facile de régler avec précision la puissance d'entrée, elle présente les avantages suivants.
①Taux d'évaporation élevé
②La température de la source d'évaporation est uniforme et stable, il n'est donc pas facile de produire le phénomène d'éclaboussures de gouttelettes de revêtement, et cela peut également éviter le phénomène de trous d'épingle sur le film déposé.
③La source d'évaporation est chargée une fois et la température est relativement facile et simple à contrôler.
Heure de publication : 28 octobre 2022