真空鍍膜過程均勻性的定義以及影響因素

2022/09/20

真空鍍膜過程非常復(fù)雜，由于鍍膜原理的不同分為很多種類，僅僅因?yàn)槎夹枰哒婵斩榷鴵碛薪y(tǒng)一名稱。所以對(duì)于不同原理的真空鍍膜，影響均勻性的因素也不盡相同。并且均勻性這個(gè)概念本身也會(huì)隨著鍍膜尺度和薄膜成分而有著不同的意義。       

　　薄膜均勻性的概念：      

　　1.厚度上的均勻性，也可以理解為粗糙度，在光學(xué)薄膜的尺度上看（也就是1/10波長作為單位，約為100A），真空鍍膜的均勻性已經(jīng)相當(dāng)好，可以輕松將粗糙度控制在可見光波長的1/10范圍內(nèi)，也就是說對(duì)于薄膜的光學(xué)特性來說，真空鍍膜沒有任何障礙。

　　但是如果是指原子層尺度上的均勻度，也就是說要實(shí)現(xiàn)10A甚至1A的表面平整，是現(xiàn)在真空鍍膜中主要的技術(shù)含量與技術(shù)瓶頸所在，具體控制因素下面會(huì)根據(jù)不同鍍膜給出詳細(xì)解釋。     

　　2.化學(xué)組分上的均勻性：就是說在薄膜中，化合物的原子組分會(huì)由于尺度過小而很容易的產(chǎn)生不均勻特性，SiTiO3薄膜，如果鍍膜過程不科學(xué)，那么實(shí)際表面的組分并不是SiTiO3，而可能是其他的比例，鍍的膜并非是想要的膜的化學(xué)成分，這也是真空鍍膜的技術(shù)含量所在。具體因素也在下面給出。       

　　3.晶格有序度的均勻性：這決定了薄膜是單晶，多晶，非晶，是真空鍍膜技術(shù)中的熱點(diǎn)問題，具體見下。  

　　主要分類有兩個(gè)大種類：蒸發(fā)沉積鍍膜和濺射沉積鍍膜，具體則包括很多種類，包括真空離子蒸發(fā)，磁控濺射，MBE分子束外延，溶膠凝膠法等等。

　　一、對(duì)于蒸發(fā)鍍膜：  

　　一般是加熱靶材使表面組分以原子團(tuán)或離子形式被蒸發(fā)出來，并且沉降在基片表面，通過成膜過程（散點(diǎn)－島狀結(jié)構(gòu)-迷走結(jié)構(gòu)-層狀生長）形成薄膜。      

　　厚度均勻性主要取決于： 

　　1、基片材料與靶材的晶格匹配程度     

　　2、基片表面溫度       

　　3、蒸發(fā)功率，速率       

　　4、真空度       

　　5、鍍膜時(shí)間，厚度大小。       

　　組分均勻性：

　　蒸發(fā)鍍膜組分均勻性不是很容易保證，具體可以調(diào)控的因素同上，但是由于原理所限，對(duì)于非單一組分鍍膜，蒸發(fā)鍍膜的組分均勻性不好。       

　　晶向均勻性：       

　　1、晶格匹配度       

　　2、基片溫度       

　　3、蒸發(fā)速率   

　　二、.對(duì)于濺射類鍍膜

　　可以簡單理解為利用電子或高能激光轟擊靶材，并使表面組分以原子團(tuán)或離子形式被濺射出來，并且最終沉積在基片表面，經(jīng)歷成膜過程，最終形成薄膜。

　　濺射鍍膜又分為很多種，總體看，與蒸發(fā)鍍膜的不同點(diǎn)在于濺射速率將成為主要參數(shù)之一。

　　濺射鍍膜中的激光濺射鍍膜pld，組分均勻性容易保持，而原子尺度的厚度均勻性相對(duì)較差（因?yàn)槭敲}沖濺射），晶向（外沿）生長的控制也比較一般。以pld為例，因素主要有：靶材與基片的晶格匹配程度、鍍膜氛圍（低壓氣體氛圍）、基片溫度、激光器功率、脈沖頻率、濺射時(shí)間。對(duì)于不同的濺射材料和基片，最佳參數(shù)需要實(shí)驗(yàn)確定，是各不相同的，鍍膜設(shè)備的好壞主要在于能否精確控溫，能否保證好的真空度，能否保證好的真空腔清潔度。MBE分子束外沿鍍膜技術(shù)，已經(jīng)比較好的解決了如上所屬的問題，但是基本用于實(shí)驗(yàn)研究，工業(yè)生產(chǎn)上比較常用的一體式鍍膜機(jī)主要以離子蒸發(fā)鍍膜和磁控濺射鍍膜為主。