真空蒸鍍原理和方式

2022/05/05

 真空蒸鍍即真空蒸發鍍膜。這種方法是把裝有基片的真空室抽成真空，氣體壓強達到10-2Pa以下加熱鍍料，使其原子或分子從表面氣化逸出形成蒸氣流，入射到基片表面，凝結形成固態薄膜。

    1.真空蒸鍍原理

    （1）膜料在真空狀態下的發特性。單位時間內膜料單位面積上蒸發出來的材料質量稱為蒸發速率。理想的最高速率Gm（單位為kg/（m2·s））∶Gm=4.38×10-3Ps（Ar/T）1/2，式中，T為蒸發表面的熱力學溫度，單位為K，Ps為溫度T時的材料飽和蒸發壓，單位為Pa，Ar為膜料的相對原子質量或相對分子質量。蒸鍍時一般要求膜料的蒸氣壓在10-2~10-1Pa。材料的Cm通常處在10-4~10-1Pa，因此可以估算出已知蒸發材料的所需加熱溫度。

    （2）蒸氣粒子的空間分布。蒸氣粒子的空間分布顯著地影響了蒸發粒子在基體上的沉積速率以及基體上的膜厚分布。這與蒸發源的形狀和尺寸有關。最簡單的理想蒸發源有點和小平面兩種類型。

    2.真空蒸鍍方式

    （1）電阻加熱蒸發。它是用絲狀或片狀的高熔點金屬做成適當形狀的蒸發源，將膜料放在其中，接通電源，電阻加熱膜料而使其蒸發。對蒸發源材料的基本要求是高熔點，低蒸氣壓，在蒸發溫度下不會與膜料發生化學反應或互溶，具有一定的機械強度。另外，電阻加熱方式還要求蒸發源材料與膜料容易潤濕，以保證蒸發狀態穩定。常用的蒸發源材料有鎢、鉬、鉭、石墨、氮化硼等。

    （2）電子束蒸發。電阻加熱方式中的膜料與蒸發源材料直接接觸，兩者容易互混，這對于半導基體元件等鍍膜來說是需要避免的。電子束加熱方式能解決這個問題。它的蒸發源是e形電子槍。膜料放入水冷銅坩堝中，電子束自源發出，用磁場線圈使電子束聚焦和偏轉，電子軌跡磁偏轉270°，對膜料進行轟擊和加熱。

    （3）高頻加熱。它是在高頻感應線圈中放入氧化鋁或石墨坩堝對膜材料進行高頻感應加熱。感應線圈通常用水冷銅管制造。此法主要用于鋁的大量蒸發。

    （4）激光加熱。它是用激光照射在膜料表面，使其加熱蒸發。由于不同材料吸收激光的波段范圍不同，因而需要選用相應的激光器。這種方式經聚焦后功率密度可達106W/cm2，可蒸發任何能吸收激光光能的高熔點材料，蒸發速率極高，制得的膜成分幾乎與材料成分一樣。