El recubrimiento por evaporación al vacío, denominado evaporación, se refiere al proceso de evaporación y vaporización del material de recubrimiento (o material de película) mediante el uso de un determinado método de calentamiento y evaporación en condiciones de vacío, y las partículas vuelan a la superficie del sustrato para condensarse y formar una película. La evaporación es una tecnología de deposición de vapor anterior y ampliamente utilizada, que tiene las ventajas de un método simple de formación de película, alta pureza y compacidad de la película, y una estructura y rendimiento únicos de la película. Los materiales utilizados en la evaporación al vacío se denominan materiales de evaporación.
El material de deposición se evapora o se sublima en partículas gaseosas → las partículas gaseosas se transportan rápidamente desde la fuente de evaporación a la superficie del sustrato → las partículas gaseosas se adhieren a la superficie del sustrato para nuclearse y crecer hasta formar una película sólida → se produce la reconstrucción atómica de la película o el enlace químico.
Coloque el sustrato en la cámara de vacío, caliente el material de la película mediante resistencia, haz de electrones, láser, etc., para evaporar o sublimar el material de la película y gasificarlo en partículas (átomos, moléculas o grupos atómicos) con cierta energía ( 0.1-0.3 eV).
Las partículas gaseosas se transportan rápidamente al sustrato en un movimiento lineal sin colisión. Parte de las partículas que llegan a la superficie del sustrato se reflejan y la otra parte se adsorbe sobre el sustrato y se difunde sobre la superficie. Se producen colisiones bidimensionales entre átomos depositados para formar grupos. Puede permanecer en la superficie por un corto tiempo antes de evaporarse.
Los grupos de partículas chocan constantemente con partículas en difusión, absorben partículas individuales o emiten partículas individuales.
Este proceso se repite. Cuando el número de partículas agregadas excede un cierto valor crítico, se convierte en un núcleo estable y luego continúa absorbiendo y difundiendo partículas para crecer gradualmente. Finalmente, se forma una película continua mediante el contacto y fusión de núcleos estables adyacentes.
Principio de evaporación por resistencia: los materiales con una temperatura de evaporación de 1000-2000 ° C pueden calentarse mediante resistencia como fuente de evaporación. El calentador genera calor después de activar la resistencia, y el calor generado hace que las moléculas o átomos del material de evaporación obtengan suficiente energía cinética para evaporarse.
1. La fuente de evaporación es generalmente filamentosa (0.05-0.13 cm), fácil de operar, consumibles baratos y fácil de reemplazar.
2. El material que se evapora debe humedecer el cable calefactor y estar sostenido por tensión superficial. Solo se puede evaporar metal o aleación y el cable calefactor se vuelve quebradizo fácilmente.
3. Los materiales fuente de evaporación comúnmente utilizados son: W, Mo, Ta, óxido metálico resistente a altas temperaturas, crisol de cerámica o grafito.
Desventajas de la evaporación de renta eléctrica: puede haber una reacción entre el material de soporte y el evaporador; la temperatura de trabajo general es de 1500~1900 ℃, es difícil alcanzar una temperatura de evaporación más alta, por lo que los materiales evaporables son limitados; la tasa de evaporación es baja; la velocidad de calentamiento no es alta. Si el material que se va a evaporar durante la evaporación es una aleación o compuesto, puede descomponerse o tener una velocidad de evaporación diferente, lo que hace que la composición de la película se desvíe de la composición del material evaporado. A alta temperatura, el tantalio y el oro forman aleaciones, el aluminio, el hierro, el níquel, el cobalto, etc. forman aleaciones con tungsteno, molibdeno, tantalio, etc., y el tungsteno, el molibdeno reacciona con agua u oxígeno para formar gases de óxido volátiles.
El haz de electrones se acelera después de pasar a través de un campo eléctrico de 5-10 KV, y luego se enfoca en la superficie del material a evaporar, y la energía se transfiere al material a evaporar para que se derrita y se evapore.
1. Se puede realizar la evaporación de sustancias refractarias y se puede realizar una evaporación rápida con una gran densidad de potencia para evitar la separación de aleaciones.
2. Se pueden colocar varios crisoles al mismo tiempo y se pueden evaporar una variedad de sustancias diferentes al mismo tiempo o por separado;
3. Libre de contaminación. La mayoría de los sistemas de evaporación por haz de electrones utilizan haces de electrones de enfoque magnético o de flexión magnética. El material evaporado se coloca en un crisol enfriado por agua, y el material a evaporar que está en contacto con el crisol (crisol enfriado por agua) permanece sólido y se evapora en la superficie del material.
Inhibe eficazmente la reacción entre el crisol y el material de evaporación, la posibilidad de reacción entre el material de evaporación y el crisol es muy pequeña, adecuada para la preparación de películas delgadas de alta pureza y puede preparar materiales de películas delgadas en los campos de la óptica. , electrónica y optoelectrónica, tales como Mo, Ta, Nb, MgF2, Ga2Te3, TiO2, Al2O3, SnO2, Si, etc.; La energía cinética molecular vaporizada es mayor y se puede obtener una película más firme y densa que el calentamiento por resistencia.
Desventajas de la evaporación por haz de electrones: puede ionizar el gas evaporado y el gas residual, lo que a veces afecta la calidad de la capa de la película; la estructura del dispositivo de evaporación por haz de electrones es compleja y costosa; los rayos X generados tienen ciertos daños al cuerpo humano.
Principio de la evaporación por láser: el láser se utiliza como fuente de calor y el rayo láser de alta energía pasa a través de la ventana de la cámara de vacío para calentar el material evaporado hasta el punto de sublimación, convertirlo en gas y depositarlo en un película.
1. utilice calefacción sin contacto, reduzca la contaminación, simplifique la cámara de vacío, adecuada para preparar películas puras bajo ultravacío;
2. La fuente de calor está limpia, sin contaminación del cuerpo calefactor;
3. El enfoque puede obtener alta potencia y puede depositar materiales de alto punto de fusión, como cerámicas y materiales de composición compleja (evaporación instantánea);
4. El haz está concentrado, el dispositivo láser se puede colocar a larga distancia y algunas películas de materiales especiales (como materiales altamente radiactivos) se pueden depositar de forma segura;
5. Alta tasa de evaporación, la película tiene alta adherencia.
Desventajas de la evaporación láser: es difícil controlar el espesor de la película; puede causar descomposición por sobrecalentamiento y chisporroteo de compuestos; El costo del equipo de evaporación láser es relativamente alto.
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