Princípio do revestimento de evaporação a vácuo
1、Equipamento e processo físico de revestimento por evaporação a vácuo
O equipamento de revestimento por evaporação a vácuo é composto principalmente de câmara de vácuo e sistema de evacuação.Dentro da câmara de vácuo, há uma fonte de evaporação (ou seja, aquecedor de evaporação), substrato e estrutura de substrato, aquecedor de substrato, sistema de exaustão, etc.
O material de revestimento é colocado na fonte de evaporação da câmara de vácuo e, sob condições de alto vácuo, é aquecido pela fonte de evaporação para evaporar.Quando o alcance livre médio das moléculas de vapor é maior que o tamanho linear da câmara de vácuo, depois que os átomos e moléculas do vapor do filme escapam da superfície da fonte de evaporação, raramente são impedidos pela colisão de outras moléculas ou átomos, e atingir diretamente a superfície do substrato a ser revestido.Devido à baixa temperatura do substrato, as partículas de vapor do filme se condensam nele e formam um filme.
A fim de melhorar a adesão das moléculas de evaporação e do substrato, o substrato pode ser ativado por aquecimento adequado ou limpeza de íons.O revestimento por evaporação a vácuo passa pelos seguintes processos físicos, desde a evaporação do material, transporte até a deposição em um filme.
(1) Usando várias maneiras de converter outras formas de energia em energia térmica, o material do filme é aquecido para evaporar ou sublimar em partículas gasosas (átomos, moléculas ou aglomerados atômicos) com uma certa quantidade de energia (0,1 a 0,3 eV).
(2) Partículas gasosas deixam a superfície do filme e são transportadas para a superfície do substrato a uma certa velocidade de movimento, essencialmente sem colisão, em linha reta.
(3) As partículas gasosas que atingem a superfície do substrato coalescem e nucleam, e então crescem em um filme de fase sólida.
(4) Reorganização ou ligação química dos átomos que compõem o filme.
2、Aquecimento por evaporação
(1) Evaporação de aquecimento por resistência
A evaporação por aquecimento por resistência é o método de aquecimento mais simples e mais comumente usado, geralmente aplicável a materiais de revestimento com ponto de fusão abaixo de 1500 ℃, metais de alto ponto de fusão em forma de fio ou folha (W, Mo, Ti, Ta, nitreto de boro, etc.) geralmente feito em uma forma adequada de fonte de evaporação, carregada com materiais de evaporação, através do calor Joule da corrente elétrica para derreter, evaporar ou sublimar o material de chapeamento, a forma da fonte de evaporação inclui principalmente espiral multi-fio, forma de U, onda senoidal , placa fina, barco, cesta de cone, etc. Ao mesmo tempo, o método requer que o material da fonte de evaporação tenha alto ponto de fusão, baixa pressão de vapor de saturação, propriedades químicas estáveis, não tenha reação química com o material de revestimento em alta temperatura, boa resistência ao calor, pequena mudança na densidade de potência, etc. Adota alta corrente através da fonte de evaporação para aquecer e evaporar o material do filme por aquecimento direto, ou colocar o material do filme no cadinho feito de grafite e certo resistente a altas temperaturas óxidos metálicos (como A202, B0) e outros materiais para aquecimento indireto para evaporar.
Revestimento de evaporação de aquecimento de resistência tem limitações: metais refratários têm baixa pressão de vapor, o que é difícil de fazer filme fino;alguns elementos são fáceis de formar uma liga com o fio de aquecimento;não é fácil obter uma composição uniforme do filme de liga.Devido à estrutura simples, baixo preço e fácil operação do método de evaporação por aquecimento por resistência, é uma aplicação muito comum do método de evaporação.
(2) Evaporação por aquecimento por feixe de elétrons
A evaporação por feixe de elétrons é um método de evaporação do material de revestimento, bombardeando-o com um feixe de elétrons de alta densidade de energia, colocando-o em um cadinho de cobre resfriado a água.A fonte de evaporação consiste em uma fonte de emissão de elétrons, uma fonte de energia de aceleração de elétrons, um cadinho (geralmente um cadinho de cobre), uma bobina de campo magnético e um conjunto de água de resfriamento, etc. Neste dispositivo, o material aquecido é colocado em uma água cadinho resfriado, e o feixe de elétrons bombardeia apenas uma porção muito pequena do material, enquanto a maior parte do material restante permanece a uma temperatura muito baixa sob o efeito de resfriamento do cadinho, que pode ser considerado como a porção bombardeada do cadinho.Assim, o método de aquecimento por feixe de elétrons para evaporação poderia evitar a contaminação entre o material de revestimento e o material da fonte de evaporação.
A estrutura da fonte de evaporação do feixe de elétrons pode ser dividida em três tipos: canhões retos (armas de Boules), canhões circulares (defletidos eletricamente) e e-guns (defletidos magneticamente).Um ou mais cadinhos podem ser colocados em uma instalação de evaporação, que pode evaporar e depositar muitas substâncias diferentes simultaneamente ou separadamente.
As fontes de evaporação por feixe de elétrons têm as seguintes vantagens.
①A alta densidade de feixe da fonte de evaporação de bombardeio de feixe de elétrons pode obter uma densidade de energia muito maior do que a fonte de aquecimento de resistência, que pode evaporar materiais de alto ponto de fusão, como W, Mo, Al2O3, etc.
②O material de revestimento é colocado em um cadinho de cobre refrigerado a água, o que pode evitar a evaporação do material de origem da evaporação e a reação entre eles.
③O calor pode ser adicionado diretamente à superfície do material de revestimento, o que torna a eficiência térmica alta e a perda de condução de calor e baixa radiação de calor.
A desvantagem do método de evaporação por aquecimento por feixe de elétrons é que os elétrons primários do canhão de elétrons e os elétrons secundários da superfície do material de revestimento ionizam os átomos evaporados e as moléculas de gás residual, o que às vezes afeta a qualidade do filme.
(3) Evaporação de aquecimento por indução de alta frequência
A evaporação de aquecimento por indução de alta frequência é colocar o cadinho com material de revestimento no centro da bobina espiral de alta frequência, de modo que o material de revestimento gere uma forte corrente parasita e efeito de histerese sob a indução do campo eletromagnético de alta frequência, o que causa o camada de filme para aquecer até vaporizar e evaporar.A fonte de evaporação geralmente consiste em uma serpentina de alta frequência refrigerada a água e um cadinho de grafite ou cerâmica (óxido de magnésio, óxido de alumínio, óxido de boro, etc.).A fonte de alimentação de alta frequência usa uma frequência de dez mil a várias centenas de milhares de Hz, a potência de entrada é de várias a várias centenas de quilowatts, quanto menor o volume do material da membrana, maior a frequência de indução.A frequência da bobina de indução é geralmente feita de tubo de cobre refrigerado a água.
A desvantagem do método de evaporação de aquecimento por indução de alta frequência é que não é fácil ajustar a potência de entrada, tem as seguintes vantagens.
①Alta taxa de evaporação
②A temperatura da fonte de evaporação é uniforme e estável, por isso não é fácil produzir o fenômeno de respingos de gotas de revestimento e também pode evitar o fenômeno de orifícios no filme depositado.
③A fonte de evaporação é carregada uma vez e a temperatura é relativamente fácil e simples de controlar.
Horário da postagem: 28 de outubro de 2022