Zasada powlekania przez odparowanie próżniowe
1, Sprzęt i fizyczny proces powlekania przez odparowanie próżniowe
Sprzęt do powlekania przez odparowanie próżniowe składa się głównie z komory próżniowej i systemu ewakuacji.Wewnątrz komory próżniowej znajduje się źródło parowania (tj. grzałka parownika), podłoże i rama podłoża, grzałka podłoża, układ wydechowy itp.
Materiał powłokowy umieszcza się w źródle parowania komory próżniowej iw warunkach wysokiej próżni jest podgrzewany przez źródło parowania w celu odparowania.Kiedy średni swobodny zasięg cząsteczek pary jest większy niż liniowy rozmiar komory próżniowej, po ucieczce atomów i cząsteczek pary filmowej z powierzchni źródła parowania, rzadko napotykają przeszkody w zderzeniu innych cząsteczek lub atomów, i bezpośrednio dotrzeć do powierzchni podłoża przeznaczonego do powlekania.Ze względu na niską temperaturę podłoża cząsteczki pary filmu skraplają się na nim i tworzą film.
W celu poprawy adhezji cząsteczek odparowujących do substratu substrat można aktywować przez odpowiednie ogrzewanie lub czyszczenie jonowe.Powłoka z odparowaniem próżniowym przechodzi przez następujące procesy fizyczne, od odparowania materiału, transportu do osadzania w filmie.
(1) Używając różnych sposobów przekształcania innych form energii w energię cieplną, materiał filmowy jest podgrzewany w celu odparowania lub sublimacji w cząstki gazowe (atomy, cząsteczki lub klastry atomowe) z określoną ilością energii (0,1 do 0,3 eV).
(2) Cząsteczki gazowe opuszczają powierzchnię filmu i są transportowane na powierzchnię podłoża z określoną prędkością ruchu, zasadniczo bez kolizji, po linii prostej.
(3) Cząsteczki gazowe docierające do powierzchni podłoża łączą się i zarodkują, a następnie rosną w warstwę fazy stałej.
(4)Reorganizacja lub wiązanie chemiczne atomów tworzących film.
2、Ogrzewanie parowania
(1) Parowanie ogrzewania oporowego
Odparowanie z ogrzewaniem oporowym jest najprostszą i najczęściej stosowaną metodą ogrzewania, ogólnie stosowaną do materiałów powłokowych o temperaturze topnienia poniżej 1500 ℃, metali o wysokiej temperaturze topnienia w kształcie drutu lub blachy (W, Mo, Ti, Ta, azotek boru itp.) są zwykle wykonane w odpowiedni kształt źródła parowania, załadowane materiałami parującymi, przez ciepło Joule'a prądu elektrycznego w celu stopienia, odparowania lub sublimacji materiału poszycia, kształt źródła parowania obejmuje głównie wielopasmową spiralę, w kształcie litery U, fala sinusoidalna , cienka płyta, łódka, kosz stożkowy itp. Jednocześnie metoda wymaga, aby materiał źródłowy parowania miał wysoką temperaturę topnienia, niską prężność pary nasyconej, stabilne właściwości chemiczne, brak reakcji chemicznej z materiałem powłokowym w wysokiej temperaturze, dobra odporność na ciepło, niewielka zmiana gęstości mocy itp. Przyjmuje wysoki prąd przez źródło parowania, aby się nagrzać i odparować materiał folii przez bezpośrednie ogrzewanie lub umieścić materiał folii w tyglu wykonanym z grafitu i niektórych odpornych na wysokie temperatury tlenki metali (takie jak A202, B0) i inne materiały do ogrzewania pośredniego do odparowania.
Powłoka parowania z ogrzewaniem oporowym ma ograniczenia: metale ogniotrwałe mają niską prężność par, co jest trudne do wytworzenia cienkiej warstwy;niektóre pierwiastki łatwo tworzą stop z drutem grzejnym;nie jest łatwo uzyskać jednolity skład folii stopowej.Ze względu na prostą konstrukcję, niską cenę i łatwą obsługę metody odparowywania z ogrzewaniem oporowym jest to bardzo powszechne zastosowanie metody odparowywania.
(2) Parowanie ogrzewania wiązką elektronów
Odparowywanie wiązką elektronów to metoda odparowywania materiału powłokowego poprzez bombardowanie go wiązką elektronów o dużej gęstości energii poprzez umieszczenie go w chłodzonym wodą miedzianym tyglu.Źródło parowania składa się ze źródła emisji elektronów, źródła zasilania przyspieszającego elektrony, tygla (zwykle tygla miedzianego), cewki pola magnetycznego, zestawu wody chłodzącej itp. W tym urządzeniu podgrzany materiał umieszcza się w wodzie -chłodzony tygiel, a wiązka elektronów bombarduje tylko bardzo małą część materiału, podczas gdy większość pozostałego materiału pozostaje w bardzo niskiej temperaturze w wyniku efektu chłodzenia tygla, który można uznać za bombardowaną część tygla.Zatem metoda ogrzewania wiązką elektronów w celu odparowania może uniknąć zanieczyszczenia między materiałem powłokowym a materiałem źródłowym parowania.
Strukturę źródła parowania wiązki elektronów można podzielić na trzy typy: działa proste (Boules guns), pierścieniowe (elektrycznie odchylane) oraz e-gun (magnetycznie odchylane).Jeden lub więcej tygli można umieścić w urządzeniu do odparowywania, które może odparowywać i osadzać wiele różnych substancji jednocześnie lub osobno.
Źródła parowania wiązki elektronów mają następujące zalety.
① Wysoka gęstość wiązki źródła parowania bombardującego wiązką elektronów może uzyskać znacznie większą gęstość energii niż źródło ogrzewania rezystancyjnego, które może odparować materiały o wysokiej temperaturze topnienia, takie jak W, Mo, Al2O3 itp.
② Materiał powłokowy umieszcza się w chłodzonym wodą miedzianym tyglu, co pozwala uniknąć parowania materiału źródłowego parowania i reakcji między nimi.
③Ciepło można dodawać bezpośrednio do powierzchni materiału powłokowego, co sprawia, że wydajność cieplna jest wysoka, a utrata przewodzenia ciepła i promieniowania cieplnego jest niska.
Wadą metody odparowywania z ogrzewaniem wiązką elektronów jest to, że elektrony pierwotne z działa elektronowego i elektrony wtórne z powierzchni materiału powłokowego jonizują odparowujące atomy i resztkowe cząsteczki gazu, co czasami wpływa na jakość filmu.
(3) Parowanie ogrzewania indukcyjnego o wysokiej częstotliwości
Odparowywanie z nagrzewaniem indukcyjnym o wysokiej częstotliwości polega na umieszczeniu tygla z materiałem powlekającym w środku cewki spiralnej o wysokiej częstotliwości, tak aby materiał powlekający generował silny prąd wirowy i efekt histerezy pod indukcją pola elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości, co powoduje warstwę folii, aby się nagrzała, aż odparuje i odparuje.Źródło parowania zazwyczaj składa się z chłodzonej wodą cewki wysokiej częstotliwości i tygla grafitowego lub ceramicznego (tlenek magnezu, tlenek glinu, tlenek boru itp.).Zasilacz wysokiej częstotliwości wykorzystuje częstotliwość od dziesięciu tysięcy do kilkuset tysięcy Hz, moc wejściowa wynosi od kilku do kilkuset kilowatów, im mniejsza objętość materiału membrany, tym wyższa częstotliwość indukcji.Częstotliwość cewki indukcyjnej jest zwykle wykonana z chłodzonej wodą rurki miedzianej.
Wadą metody odparowywania z ogrzewaniem indukcyjnym o wysokiej częstotliwości jest to, że nie jest łatwo precyzyjnie wyregulować moc wejściową, ma to następujące zalety.
①Wysoka szybkość parowania
② Temperatura źródła parowania jest jednolita i stabilna, więc nie jest łatwo wywołać zjawisko rozpryskiwania kropelek powłoki, a także można uniknąć zjawiska porów na osadzonej warstwie.
③Źródło parowania jest ładowane raz, a temperatura jest stosunkowo łatwa i prosta do kontrolowania.
Czas postu: 28-10-2022