蒸發(fā)鍍膜技術(shù)介紹

一、真空蒸鍍的設(shè)備及物理原理

真空蒸鍍?cè)O(shè)備主要由真空室和抽真空系統(tǒng)組成，真空室內(nèi)有蒸發(fā)源(即蒸發(fā)加熱器)、基片及基片架、基片加熱器、排氣系統(tǒng)等。

將鍍膜材料置于真空室內(nèi)的蒸發(fā)源中，在高真空條件下，通過蒸發(fā)源加熱使其蒸發(fā)，當(dāng)蒸氣分子的平均自由程大于真空室的線性尺寸以后，膜材蒸氣的原子和分子從蒸發(fā)源表面逸出后，很少受到其他分子或原子的碰撞與阻礙，可直接到達(dá)被鍍的基片表面上，由于基片溫度較低，膜材蒸氣粒子凝結(jié)其上而成膜。

為了提高蒸發(fā)分子與基片的附著力，可以對(duì)基片進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜峄螂x子清洗使其活化。真空蒸發(fā)鍍膜從物料蒸發(fā)、運(yùn)輸?shù)匠练e成膜，經(jīng)歷的物理過程如下:

(1)利用各種方式將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成熱能，加熱膜材使之蒸發(fā)或升華，成為具有一定能量(0.1~0.3eV)的氣態(tài)粒子(原子、分子或原子團(tuán)):

(2)氣態(tài)粒子離開膜材表面，以相當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)速度基本上無(wú)碰撞的直線輸運(yùn)到基片表面;

(3)到達(dá)基片表面的氣態(tài)粒子凝聚形核后生長(zhǎng)成固相薄膜;

(4)組成薄膜的原子重組排列或產(chǎn)生化學(xué)鍵合。

圖片

二、蒸發(fā)加熱方式

（1）.電阻加熱蒸發(fā)

電阻加熱蒸發(fā)電阻加熱蒸發(fā)方式是簡(jiǎn)單也常用加熱方法，一般適用于熔點(diǎn)低于1500℃的鍍膜材料，通常將線狀或片狀的高熔點(diǎn)金屬(W、Mo、Ti、Ta、氨化硼等)做成適當(dāng)形狀的蒸發(fā)源，裝上蒸鍍材料，通過電流的焦耳熱使鍍料熔化、蒸發(fā)或者升華，蒸發(fā)源的形狀主要有多股線螺旋形、U形、正弦波形、薄板形、舟形、圓錐筐形等。同時(shí)，該方法要求蒸發(fā)源材料具有熔點(diǎn)高:飽和蒸氣壓低:化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫下不應(yīng)與鍍膜材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng):具有良好的耐熱性，功率密度變化小等特點(diǎn)，采用大電流通過蒸發(fā)源使之發(fā)熱，對(duì)膜材直接加熱蒸發(fā),或把膜材放入石墨及某些耐高溫的金屬氧化物(如A202，BO)等材料制成的坩堝中進(jìn)行間接加熱蒸發(fā)。

電阻加熱蒸發(fā)鍍膜具有局限性:難熔金屬具有低的蒸氣壓，難以制成薄膜:有此元素容易和加熱絲形成合金:不易得到成分均勻的合金膜。由于電阻加熱蒸發(fā)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于操作，因而是一種應(yīng)用很普遍的蒸發(fā)方式。

（2）電子束蒸發(fā)

電子束蒸發(fā)是將鍍膜材料放入水冷銅坩堝中，用高能密度的電子束轟擊鍍膜材料而使其蒸發(fā)的一種方法。蒸發(fā)源由電子發(fā)射源、電子加速電源、坩堝(通常是銅坩堝)磁場(chǎng)線圈、冷卻水套等組成。在該裝置中，被加熱的物質(zhì)放置于水冷的坩堝中，電子束只轟擊其中很少的一部分物質(zhì)，其余的大部分物質(zhì)在坩堝的冷卻作用下一直處于很低的溫度，可以看作被擊部分的坩堝。因此，電子束加熱蒸發(fā)的方法可以避免鍍膜材料和蒸發(fā)源材料之間的污染。

在一個(gè)蒸發(fā)裝置內(nèi)可以安置一個(gè)或者多個(gè)坩堝，這可以同時(shí)或者分別蒸發(fā)沉積多種不同物質(zhì)。電子束蒸發(fā)源有下述優(yōu)點(diǎn):

1、電子束轟擊蒸發(fā)源的束流密度高，能獲得遠(yuǎn)比電阻加熱源更大的能量密度，可以蒸發(fā)高熔點(diǎn)材料，如w，Mo，A1203等:

2、鍍膜材料置于水冷銅坩堝中，可以避免發(fā)源 材料的蒸發(fā)，以及兩者之間的反應(yīng);

3、熱量可以直接加到鍍膜材料的表面，使得熱效率高，熱傳導(dǎo)和熱輻射的損失少.電子束加熱蒸發(fā)方式的缺點(diǎn)是一次電子和鍍膜材料表面發(fā)出的二次電子會(huì)使蒸發(fā)原子和殘余氣體分子電離，這有時(shí)候會(huì)影響膜層質(zhì)量。

（3）高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)

高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)是將裝有鍍膜材料的坩堝放置在高頻螺旋線圈的中心，使鍍膜材料在高頻電磁場(chǎng)的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流電流和磁滯效應(yīng)，致使膜層升溫，直至氣化蒸發(fā)。蒸發(fā)源一般有水冷高頻線圈和石墨或者陶瓷(氧化鎂、氧化鋁、氧化硼等)坩堝組成。高頻電源采用的頻率為1萬(wàn)至幾十萬(wàn)赫茲，輸入功率為幾至幾百千瓦，膜材體積越小，感應(yīng)頻率越高。感應(yīng)線圈頻率通常用水冷銅管制造。高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)方法的缺點(diǎn)是不易對(duì)輸入功率進(jìn)行微調(diào)，它有下述優(yōu)點(diǎn):

1、蒸發(fā)速率大:

2、蒸發(fā)源溫度均勻穩(wěn)定，不易產(chǎn)生鍍料液滴飛濺的現(xiàn)象

3、蒸發(fā)源一次裝料，溫度控制比較容易，操作簡(jiǎn)單。
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