Načelo nanosa vakuumske evaporacije
1、Oprema in fizikalni postopek nanašanja premaza z vakuumskim izparevanjem
Oprema za nanašanje vakuumskega izhlapevanja je v glavnem sestavljena iz vakuumske komore in sistema za praznjenje.Znotraj vakuumske komore so vir izhlapevanja (tj. uparjevalni grelnik), substrat in okvir substrata, grelnik substrata, izpušni sistem itd.
Material za prevleko se postavi v vir izhlapevanja v vakuumski komori in v pogojih visokega vakuuma se segreje z virom izhlapevanja, da izhlapi.Ko je povprečni prosti razpon molekul hlapov večji od linearne velikosti vakuumske komore, potem ko atomi in molekule filmske pare uidejo s površine vira izhlapevanja, le redko ovirajo trki drugih molekul ali atomov, in neposredno dosežejo površino substrata, ki ga je treba premazati.Zaradi nizke temperature podlage se delci filmske pare na njej kondenzirajo in tvorijo film.
Da bi izboljšali oprijem izhlapevalnih molekul in substrata, lahko substrat aktiviramo s pravilnim segrevanjem ali ionskim čiščenjem.Prevleka z vakuumskim izhlapevanjem gre skozi naslednje fizikalne procese od izhlapevanja materiala, transporta do nanašanja v film.
(1) Z uporabo različnih načinov za pretvorbo drugih oblik energije v toplotno energijo se filmski material segreva, da izhlapi ali sublimira v plinaste delce (atome, molekule ali atomske grozde) z določeno količino energije (0,1 do 0,3 eV).
(2) Plinasti delci zapustijo površino filma in se prenesejo na površino substrata z določeno hitrostjo gibanja, v bistvu brez trka, v ravni črti.
(3) Plinasti delci, ki dosežejo površino substrata, se združijo in tvorijo jedra ter nato zrastejo v film trdne faze.
(4) Reorganizacija ali kemična vezava atomov, ki sestavljajo film.
2、ogrevanje z izparevanjem
(1) Izhlapevanje z uporom pri segrevanju
Izhlapevanje z uporovnim segrevanjem je najpreprostejša in najpogosteje uporabljena metoda segrevanja, ki se običajno uporablja za premazne materiale s tališčem pod 1500 ℃, kovine z visokim tališčem v obliki žice ali pločevine (W, Mo, Ti, Ta, borov nitrid itd.) običajno izdelan v primerni obliki vira izhlapevanja, napolnjen z materiali za izhlapevanje, s pomočjo Joulove toplote električnega toka za taljenje, izhlapevanje ali sublimacijo materiala za prevleko, oblika vira izhlapevanja v glavnem vključuje večžilno spiralo, v obliki črke U, sinusni val , tanka plošča, čoln, stožčasta košara itd. Hkrati metoda zahteva, da ima izvorni material izhlapevanja visoko tališče, nizek nasičen parni tlak, stabilne kemijske lastnosti, da nima kemijske reakcije s premaznim materialom pri visoki temperaturi, dobra toplotna odpornost, majhna sprememba gostote moči itd. Prevzame visok tok skozi vir izhlapevanja, da segreje in izhlapi filmski material z neposrednim segrevanjem ali da filmski material v lonček iz grafita in določene visoke temperature odporen kovinski oksidi (kot je A202, B0) in drugi materiali za posredno segrevanje, da izhlapijo.
Upornostna prevleka z izhlapevanjem pri segrevanju ima omejitve: ognjevarne kovine imajo nizek parni tlak, zaradi česar je težko narediti tanek film;nekatere elemente je enostavno oblikovati zlitino z grelno žico;ni enostavno dobiti enotne sestave zlitine.Zaradi preproste strukture, nizke cene in enostavnega delovanja metode uparjanja z uporovnim ogrevanjem je to zelo pogosta uporaba metode uparjanja.
(2) Izhlapevanje z ogrevanjem z elektronskim žarkom
Izhlapevanje z elektronskim žarkom je metoda izhlapevanja materiala prevleke z obstreljevanjem z elektronskim žarkom visoke energijske gostote tako, da se postavi v vodno hlajen bakren lonček.Vir izhlapevanja je sestavljen iz vira elektronske emisije, vira energije za pospeševanje elektronov, lončka (običajno bakrenega lončka), tuljave magnetnega polja in kompleta hladilne vode itd. V tej napravi je segret material postavljen v vodo -hlajeni lonček, elektronski žarek pa bombardira le zelo majhen del materiala, medtem ko večina preostalega materiala ostane pri zelo nizki temperaturi pod hladilnim učinkom lončka, kar lahko štejemo za bombardiran del lončka.Tako bi lahko metoda segrevanja z elektronskim žarkom za izhlapevanje preprečila kontaminacijo med materialom za prevleko in izvornim materialom za izhlapevanje.
Strukturo vira izhlapevanja z elektronskim žarkom lahko razdelimo na tri vrste: ravne puške (puške Boules), obročaste puške (električno odklonjene) in e-puške (magnetno odklonjene).Enega ali več lončkov lahko postavite v napravo za izparevanje, ki lahko izhlapeva in odlaga veliko različnih snovi hkrati ali ločeno.
Viri izhlapevanja z elektronskim žarkom imajo naslednje prednosti.
①Visoka gostota žarka izhlapevalnega vira z obstreljevanjem z elektronskim žarkom lahko pridobi veliko večjo energijsko gostoto kot vir uporovnega ogrevanja, ki lahko izhlapi materiale z visokim tališčem, kot so W, Mo, Al2O3 itd.
②Prevlečni material je postavljen v vodno hlajen bakren lonček, ki lahko prepreči izhlapevanje materiala vira izhlapevanja in reakcijo med njima.
③Toploto je mogoče dodati neposredno na površino prevlečnega materiala, zaradi česar je toplotna učinkovitost visoka, izguba toplotne prevodnosti in toplotnega sevanja pa nizka.
Pomanjkljivost metode izhlapevanja z ogrevanjem z elektronskim žarkom je, da bodo primarni elektroni iz elektronske pištole in sekundarni elektroni s površine prevlečnega materiala ionizirali izhlapevajoče atome in molekule preostalega plina, kar bo včasih vplivalo na kakovost filma.
(3) Visokofrekvenčno indukcijsko segrevanje izhlapevanja
Izhlapevanje z visokofrekvenčnim indukcijskim segrevanjem je, da se lonček z materialom za prevleko postavi v sredino visokofrekvenčne spiralne tuljave, tako da material za prevleko ustvari močan vrtinčni tok in učinek histereze pod indukcijo visokofrekvenčnega elektromagnetnega polja, ki povzroči filmsko plast, da se segreva, dokler ne izpari in izhlapi.Vir izhlapevanja je običajno sestavljen iz vodno hlajene visokofrekvenčne tuljave in grafitnega ali keramičnega (magnezijev oksid, aluminijev oksid, borov oksid itd.) lončka.Visokofrekvenčni napajalnik uporablja frekvenco od deset tisoč do nekaj sto tisoč Hz, vhodna moč je od nekaj do nekaj sto kilovatov, manjši kot je volumen materiala membrane, višja je frekvenca indukcije.Indukcijska tuljava je običajno izdelana iz vodno hlajene bakrene cevi.
Pomanjkljivost metode visokofrekvenčnega indukcijskega ogrevanja z izparevanjem je, da ni enostavno natančno prilagoditi vhodne moči, ima naslednje prednosti.
①Visoka stopnja izhlapevanja
②Temperatura vira izhlapevanja je enakomerna in stabilna, zato ni enostavno ustvariti pojava brizganja kapljic prevleke, prav tako se lahko izogne pojavu luknjic na nanešenem filmu.
③ Vir izhlapevanja se naloži enkrat, temperaturo pa je razmeroma enostavno in preprosto nadzorovati.
Čas objave: 28. oktober 2022