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真空蒸发镀膜技术

时间:2023-04-10 10:18:49   点击:1114

真空蒸发镀膜的原理:

真空蒸发技术是将膜材置于真空中,通过蒸发源对其加热使其蒸发,蒸发的原子或分子从蒸发源表面逸出。由于高真空气氛,真空室中气体分子的平均自由程大于真空室的线性尺寸,故此蒸汽分子很少与其它分子相碰撞,以直线方式达到基片表面,通过物理吸附和化学吸附凝结在基片表面,形成薄膜。这就是真空蒸发镀膜的基本原理。

蒸发镀膜的成膜条件:

1.真空条件:

       ①蒸镀室内真空度应高于10-2Pa;

       ②室内残余气体的分子到达基片表面上的几率<膜材的蒸发速率。

2.蒸发条件:

       蒸发速率应足够大,以达到工艺要求的沉积速率(kg/m2s)。
3.清洗条件:

       基片应进行镀前处理(粗糙度小,表面上无污染物,无氧化化层等)。

蒸发镀膜的分类:

蒸发镀膜可以按加热方式的不同分成五类,这五类分别是:电阻加热式、电子束加热式、感应加热式、空心阴极等离子体电阻式加热式、激光束加热式。

(一)电阻加热式技术:

电阻加热是基于电力的加热方法,可加热金属、熔融金属或非金属,效率几乎可达到100%,同时工作温度可达到2000℃。故而可应用于高温加热,也可应用于低温加热。

       电阻加热是利用电流流过导体的焦耳效应产生的热能对物体进行的电加热。电阻加热可分为间接电阻加热和直接电阻加热两大类。间接电阻加热是让电流通过电热元件或导电介质,使电热元件首先发热,然后利用电热元件产生的热量以热传导、热对流或热辐射等方式间接加热目标物体。传统的利用埋入模具中的电热元件加热模具的方法均属于间接电阻加热。


(二)电子束加热技术:

电子束加热是在真空环境下以高能电子束为媒介传递热量给欲加工之工件靶材。电子束加热属于电子束科技的一种。

       电子束蒸镀是利用加速电子轰击镀膜材料,电子的动能转换成热能使镀膜材料加热蒸发,并成膜。电子枪有直射式、环型和E型之分。电子束加热蒸镀的特点是能获得极高的能量密度,最高可达109w/cm2,加热温度可达30006000℃,可以蒸发难熔金属或化合物;被蒸发材料置于水冷的坩埚中,可避免坩埚材料的污染,制备高纯薄膜;另外,由于蒸发物加热面积小,因而热辐射损失减少,热效率高。但结构较复杂,且对较多的化合物,由于电子的轰击有可能分解,故不适合多数化合物的蒸镀。

(三)高频感应加热蒸发镀膜技术:

       利用感应加热原理把金属加热到蒸发温度。将装有膜层材料的坩埚放在螺旋线圈的中央,在线圈中通以高频电流,可以使金属膜层材料产生电流将自身加热升温,直至蒸发。

感应加热蒸发源有以下特点:

1、蒸发速率大;

2、蒸发源温度均匀稳定,不易产生铝滴飞溅现象;

3、蒸发源一次装料,无须送丝机构,温度控制比较容易,操作简单;

4、对膜材纯度要求略宽些。

(四)空心阴极等离子体电阻式加热式技术:

       空心热阴极等离子电子束蒸发源简称HCD枪,是由偏转磁场线圈、聚焦磁场线圈、辅助阳极以及带有水冷接头的空心钽管作阴极、密封法兰、绝缘套、阴极罩等结构组成,关于HCD原理此前已经有过详细的相关介绍,这里就不做多讲。关于HCD枪的特点主要有以下6点:

1)高电流、低电压的工作环境,方便进行自动控制,因此安全性有保障;

2)整体结构简单;

3)能在气体辉光放电区稳定工作,压力稳定于1Pa-10⁻²Pa,膜粘附性强;

4)阴极使用寿命较长,不易损坏;

5)钽管的工作温度可达3200K,蒸发分子或原子经过等离子区的时候,等离子激发原子电离,可达20%的离化率;

6)空心阴极进行放电可形成具有很高密度的等离子体,且空心阴极可电离大部分通过的气体。

(五)激光加热蒸发技术:

激光蒸镀是利用激光束作为热源加热蒸镀的一种较新薄膜制备方法。用于激光蒸发的光源可为C02激光、如激光、钕玻璃激光、红宝石激光、YAG激光以及准分子激光等。

目前通常采用的是在空间和时间上能量高度集中的脉冲激光,以准分子激光效果最好。激光加热法的特点是非接触式加热,避免了坩埚污染,宜制作高纯膜层;能量密度高,可蒸发任何能吸收激光光能的高熔点材料,且由于蒸发速度极高,制得的合金、化合物薄膜组成几乎与原蒸发材料相同;易于控制,效率高,不会引起靶材带电。但激光蒸发过程中有颗粒喷溅,设备成本较贵,大面积沉积尚有困难。

激光蒸镀可制备各种金属和高熔点材料,以及半导体、陶瓷等各种无机材料。

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