Prinsip lapisan penguapan vakum
1, Peralatan dan proses fisik lapisan penguapan vakum
Peralatan pelapis penguapan vakum terutama terdiri dari ruang vakum dan sistem evakuasi.Di dalam ruang vakum, ada sumber penguapan (yaitu pemanas penguapan), kerangka substrat dan substrat, pemanas substrat, sistem pembuangan, dll.
Bahan pelapis ditempatkan di sumber penguapan ruang vakum, dan di bawah kondisi vakum tinggi, dipanaskan oleh sumber penguapan untuk menguap.Ketika rentang bebas rata-rata molekul uap lebih besar dari ukuran linier ruang vakum, setelah atom dan molekul uap film keluar dari permukaan sumber penguapan, jarang terhalang oleh tumbukan molekul atau atom lain, dan langsung mencapai permukaan substrat yang akan dilapisi.Karena suhu substrat yang rendah, partikel uap film mengembun di atasnya dan membentuk film.
Untuk meningkatkan adhesi molekul dan substrat penguapan, substrat dapat diaktifkan dengan pemanasan yang tepat atau pembersihan ion.Lapisan penguapan vakum melewati proses fisik berikut dari penguapan material, transportasi hingga pengendapan menjadi film.
(1) Menggunakan berbagai cara untuk mengubah bentuk energi lain menjadi energi panas, bahan film dipanaskan untuk menguap atau menyublim menjadi partikel gas (atom, molekul, atau gugus atom) dengan sejumlah energi (0,1 hingga 0,3 eV).
(2) Partikel gas meninggalkan permukaan film dan diangkut ke permukaan substrat dengan kecepatan gerak tertentu, pada dasarnya tanpa tumbukan, dalam garis lurus.
(3) Partikel gas yang mencapai permukaan substrat menyatu dan membentuk nukleasi, dan kemudian tumbuh menjadi film fase padat.
(4) Reorganisasi atau ikatan kimia dari atom-atom yang menyusun film.
2. Pemanasan penguapan
(1) Perlawanan pemanasan penguapan
Penguapan pemanasan resistensi adalah metode pemanasan yang paling sederhana dan paling umum digunakan, umumnya berlaku untuk bahan pelapis dengan titik leleh di bawah 1500 ℃, logam dengan titik leleh tinggi dalam bentuk kawat atau lembaran (W, Mo, Ti, Ta, boron nitrida, dll.) adalah biasanya dibuat menjadi bentuk sumber penguapan yang sesuai, sarat dengan bahan penguapan, melalui panas Joule arus listrik untuk melelehkan, menguapkan atau menyublim bahan pelapisan, bentuk sumber penguapan terutama mencakup spiral multi-untai, berbentuk U, gelombang sinus , pelat tipis, perahu, keranjang kerucut, dll. Pada saat yang sama, metode ini membutuhkan bahan sumber penguapan untuk memiliki titik leleh yang tinggi, tekanan uap saturasi rendah, sifat kimia yang stabil, tidak memiliki reaksi kimia dengan bahan pelapis pada suhu tinggi, tahan panas yang baik, perubahan kecil dalam kerapatan daya, dll. Ini mengadopsi arus tinggi melalui sumber penguapan untuk membuatnya memanas dan menguapkan bahan film dengan pemanasan langsung, atau memasukkan bahan film ke dalam wadah yang terbuat dari grafit dan tahan suhu tinggi tertentu oksida logam (seperti A202, B0) dan bahan lain untuk pemanasan tidak langsung menguap.
Pelapisan penguapan pemanasan resistensi memiliki keterbatasan: logam tahan api memiliki tekanan uap rendah, yang sulit untuk membuat film tipis;beberapa elemen mudah dibentuk paduan dengan kawat pemanas;tidak mudah untuk mendapatkan komposisi film paduan yang seragam.Karena strukturnya yang sederhana, harga yang rendah dan pengoperasian yang mudah dari metode penguapan pemanasan resistansi, ini adalah penerapan metode penguapan yang sangat umum.
(2) Penguapan pemanasan berkas elektron
Penguapan berkas elektron adalah metode penguapan bahan pelapis dengan membombardirnya dengan berkas elektron berenergi tinggi dengan menempatkannya dalam wadah tembaga berpendingin air.Sumber penguapan terdiri dari sumber emisi elektron, sumber daya percepatan elektron, wadah (biasanya wadah tembaga), kumparan medan magnet, dan set air pendingin, dll. Di perangkat ini, bahan yang dipanaskan ditempatkan di air wadah yang didinginkan, dan berkas elektron membombardir hanya sebagian kecil dari bahan, sementara sebagian besar bahan yang tersisa tetap pada suhu yang sangat rendah di bawah efek pendinginan dari wadah, yang dapat dianggap sebagai bagian wadah yang dibombardir.Dengan demikian, metode pemanasan berkas elektron untuk penguapan dapat menghindari kontaminasi antara bahan pelapis dan bahan sumber penguapan.
Struktur sumber penguapan berkas elektron dapat dibagi menjadi tiga jenis: senjata lurus (senjata Boules) , senjata cincin (dibelokkan secara elektrik) dan e-gun (dibelokkan secara magnetis) .Satu atau lebih cawan lebur dapat ditempatkan di fasilitas penguapan, yang dapat menguap dan menyimpan banyak zat berbeda secara bersamaan atau terpisah.
Sumber penguapan berkas elektron memiliki keunggulan sebagai berikut.
①Kerapatan berkas yang tinggi dari sumber penguapan pengeboman berkas elektron dapat memperoleh kerapatan energi yang jauh lebih besar daripada sumber pemanas resistansi, yang dapat menguapkan bahan dengan titik leleh tinggi, seperti W, Mo, Al2O3, dll..
②Bahan pelapis ditempatkan dalam wadah tembaga berpendingin air, yang dapat menghindari penguapan bahan sumber penguapan, dan reaksi di antara keduanya.
③Panas dapat ditambahkan langsung ke permukaan bahan pelapis, yang membuat efisiensi termal tinggi dan hilangnya konduksi panas dan radiasi panas menjadi rendah.
Kerugian dari metode penguapan pemanasan berkas elektron adalah bahwa elektron primer dari senjata elektron dan elektron sekunder dari permukaan bahan pelapis akan mengionisasi atom yang menguap dan molekul gas sisa, yang kadang-kadang akan mempengaruhi kualitas film.
(3) Penguapan pemanasan induksi frekuensi tinggi
Penguapan pemanasan induksi frekuensi tinggi adalah menempatkan wadah dengan bahan pelapis di tengah koil spiral frekuensi tinggi, sehingga bahan pelapis menghasilkan arus eddy yang kuat dan efek histeresis di bawah induksi medan elektromagnetik frekuensi tinggi, yang menyebabkan lapisan film untuk memanaskan sampai menguap dan menguap.Sumber penguapan umumnya terdiri dari koil frekuensi tinggi berpendingin air dan wadah grafit atau keramik (magnesium oksida, aluminium oksida, boron oksida, dll.).Catu daya frekuensi tinggi menggunakan frekuensi sepuluh ribu hingga beberapa ratus ribu Hz, daya input beberapa hingga beberapa ratus kilowatt, semakin kecil volume bahan membran, semakin tinggi frekuensi induksinya.Kumparan frekuensi induksi biasanya terbuat dari tabung tembaga berpendingin air.
Kerugian dari metode penguapan pemanasan induksi frekuensi tinggi adalah tidak mudah untuk mengatur daya input dengan baik, ia memiliki keuntungan sebagai berikut.
①Tingkat penguapan tinggi
②Suhu sumber penguapan seragam dan stabil, sehingga tidak mudah untuk menghasilkan fenomena percikan tetesan pelapis, dan juga dapat menghindari fenomena lubang kecil pada film yang diendapkan.
③Sumber penguapan dimuat sekali, dan suhunya relatif mudah dan sederhana untuk dikendalikan.
Waktu posting: Okt-28-2022