真空蒸镀基本知识（全）
真空蒸镀
⼀.真空蒸镀
真空蒸镀，简称蒸镀，是指在真空条件下，采⽤⼀定的加热蒸发⽅式蒸发镀膜材料（或称膜料）并使之⽓化，粒⼦飞⾄基⽚表⾯凝聚成膜的⼯艺⽅法。蒸镀是使⽤较早、⽤途较⼴泛的⽓相沉积技术，具有成膜⽅法简单、薄膜纯度和致密性⾼、膜结构和性能独特等优点。 ⼆.原理
蒸镀的物理过程包括：沉积材料蒸发或升华为⽓态粒⼦→⽓态粒⼦快速从蒸发源向基⽚表⾯输送→⽓态粒⼦附着在基⽚表⾯形核、长⼤成固体薄膜→薄膜原⼦重构或产⽣化学键合。将基⽚放⼊真空室内，以电阻、电⼦束、激光等⽅法加热膜料，使膜料蒸发或升华，⽓化为具有⼀定能量（0.1～0.3eV）的粒⼦（原⼦、分⼦或原⼦团）。⽓态粒⼦以基本⽆碰撞的直线运动飞速传送⾄基⽚，到达基⽚表⾯的粒⼦⼀部分被反射，另⼀部分吸附在基⽚上并发⽣表⾯扩散，沉积原⼦之间产⽣⼆维碰撞，形成簇团，有的可能在表⾯短时停留后⼜蒸发。粒⼦簇团不断地与扩散粒⼦相碰撞，或吸附单粒⼦，或放出单粒⼦。此过程反复进⾏，当聚集的粒⼦数超过某⼀临界值时就变为稳定的核，再继续吸附扩散粒⼦⽽逐步长⼤，最终通过相邻稳定核的接触、合并，形成连续薄膜。
三.关键参数
地理位置服务
饱和蒸⽓压(PV): 在⼀定的温度下，真空室中蒸发材料的蒸⽓在与固体或液体平衡过程中所表现的压⼒.饱和蒸⽓压与温度的关系曲线对于薄膜制作技术有重要意义，它可以帮助我们合理选择蒸发材料和确定蒸发条件。
真空度：P ≤ 10-3 Pa（保证蒸发，粒⼦具分⼦流特征，以直线运动）
基⽚距离 (相对于蒸发源)：10~50 cm（兼顾沉积均匀性和⽓相粒⼦平均⾃由程）蒸发出的原⼦是⾃由、⽆碰撞的，沉积速度快。容易根据蒸发原料的质量、蒸发时间、衬底与蒸发源的距离、衬底的倾⾓、材料的密度等计算薄膜的厚度
四.蒸发装置
四.蒸发装置
阻尼电机
电阻蒸发
蒸发温度1000-2000 ° C的材料可⽤电阻加热作蒸发源. 加热器电阻通电后产⽣热量，产⽣热量使蒸发材料的分⼦或原⼦获得⾜够⼤的动能⽽蒸发
空气质量流量加热装置的分类和特点：
（1）丝状（0.05-0.13cm)，蒸发物润湿电阻丝，通过表⾯张⼒得到⽀撑。只能蒸发⾦属或合⾦；有限的蒸发材料被蒸发；蒸发材料必须润湿加热丝；加热丝容易变脆。
（2）凹箔：蒸发源为粉末。
（3）锥形丝筐蒸发⼩块电介质或⾦属。
蒸发源材料的选择
⾼熔点材料 (蒸发源材料的熔点>>蒸发温度
减少蒸发源的污染 (薄膜材料的蒸发温度<；蒸发源材料在蒸汽压10-8Torr时对应的温度
蒸发源材料与薄膜材料不反应
薄膜材料对蒸发源的湿润性
常⽤的蒸发源材料有：W、Mo、Ta，耐⾼温的⾦属氧化物、陶瓷或⽯墨坩埚
主要问题：⽀撑材料与蒸发物之间可能会发⽣反应；⼀般⼯作温度在1500~1900 ℃，难以实现更⾼蒸发温度，所以可蒸发材料受到限制；蒸发率低；加热速度不⾼，蒸发时待蒸发材料如为合⾦或化合物，则有可能分解或蒸发速率不同，造成薄膜成分偏离蒸发物材料成分。⾼温时，钽和⾦形成合⾦，铝、铁、镍、钴等与钨、钼、钽等形成合⾦ B2O3与钨、钼、钽有反应，W与⽔汽或氧反应，形成挥发性的WO、WO2或WO3；Mo也能与⽔汽或氧反应⽣成挥发性的 电⼦束蒸发
电⼦束加热装置及特点
电⼦束通过5-10KV 的电场后被加速，然后聚焦到被蒸发的材料表⾯，把能量传递给待蒸发的材料使其熔化并蒸发。
⽆污染：与坩埚接触的待蒸发材料保持固态不变，蒸发材料与坩埚发⽣反应的可能性很⼩。（坩埚⽔
冷）
热电⼦发射(⾦属在⾼温状态时, 其内部的⼀部分电⼦获得⾜够的能量⽽逸出表⾯); 电⼦在电场中加速；聚焦电⼦束; 聚焦电⼦束轰击被镀材料表⾯, 使动能变成热能
直式: ⾼能电⼦束轰击材料将发射⼆次电⼦,⼆次电⼦轰击薄膜会导致膜层结构粗糙, 吸收增加, 均匀性变差
形: 蒸发材料与阴极分开 (单独处于磁场中),⼆次电⼦因受到磁场的作⽤⽽再次发⽣偏转, ⼤⼤减少了向基板发射的⼏率
电⼦束蒸发的特点
难熔物质的蒸发；以较⼤的功率密度实现快速蒸发，防⽌合⾦分馏；同时安置多个坩埚，同时或分别蒸发多种不同物质；⼤部分电⼦束蒸发系统采⽤磁聚焦或磁弯曲电⼦束，蒸发物质放在⽔冷坩埚内。蒸发发⽣在材料表⾯, 有效抑制坩堝与蒸发材料之间的反应，适合制备⾼纯薄膜，可以制备光学、电⼦和光电⼦领域的薄膜材料，如Mo、Ta、Nb、MgF2、Ga2Te3、TiO2、Al2O3、SnO2、Si等；蒸发分⼦动能较⼤, 能得到⽐电阻加热更牢固致密的膜层
电⼦束蒸发源的缺点：可使蒸发⽓体和残余⽓体电离，有时会影响膜层质量；电⼦束蒸镀装置结构复
杂，价格昂贵；产⽣的软X射线对⼈体有⼀定的伤害。
超高压食品激光蒸发技术
原理: 激光作为热源. ⾼能量的激光束透过真空室窗⼝, 对蒸发材料进⾏加热
采⽤⾮接触式加热, 减少污染, 简化真空室, 适宜于超真空下制备纯洁薄膜
热源清洁，⽆来⾃加热体的污染；
脚踏式垃圾桶
马来酸酐
激光蒸发的特点：表⾯局部加热，⽆来⾃⽀撑物的污染；聚焦可获得⾼功率，可沉积陶瓷等⾼熔点材料以及复杂成分材料（瞬间蒸发）；光束集中，激光装置可远距离放置，可安全沉积⼀些特殊材料薄膜（如⾼放射性材料）；很⾼的蒸发速率，薄膜有很⾼的附着⼒；膜厚控制困难; 可引起化合物过热分解和喷溅；费⽤⽐较⾼
五.合⾦的热蒸发
合⾦中原⼦间的结合⼒⼩于在化合物中不同原⼦间的结合⼒，因⽽合⾦中各元素原⼦的蒸发过程实际上可以被看做是各⾃相互独⽴的过程，就像它们在纯元素蒸发时的情况⼀样。蒸发出来的蒸⽓可能具有完全不同于其固态或液态的成分，后果是沉积后的薄膜成分偏离其固态的化学组成。为保证薄膜组成，经常采⽤瞬时蒸发法、双蒸发源法等
瞬时蒸发法
瞬时蒸发法⼜称“闪烁”蒸发法。将细⼩的合⾦颗粒，逐次送到⾮常炽热的蒸发器中，使⼀个⼀个的颗粒实现瞬间完全蒸
瞬时蒸发法⼜称“闪烁”蒸发法。将细⼩的合⾦颗粒，逐次送到⾮常炽热的蒸发器中，使⼀个⼀个的颗粒实现瞬间完全蒸发。关键以均匀的速率将蒸镀材料供给蒸发源粉末粒度、蒸发温度和粉末⽐率。
双源或多源蒸发法
将要形成合⾦的每⼀成分，分别装⼊各⾃的蒸发源中，然后独⽴地控制其蒸发速率，使达到基板的各种原⼦符合组成要求。
化合物的热蒸发
化合物蒸发过程中可能发⽣的各种物理化学变化,⽆分解蒸发、固态分解蒸发和⽓态分解蒸发
化合物蒸发中存在的问题：
蒸发出来的蒸⽓可能具有完全不同于其固态或液态的成分；（蒸⽓组分变化）在⽓相状态下，可能发⽣化合物各组元间的化合与分解过程后果是沉积后的薄膜成分可能偏离化合物正确的化学组成。对于
初始成分确定的蒸发源来说，确定的物质蒸发速率之⽐将随着时间变化⽽发⽣变化。化合物在⾼温蒸发过程中发⽣分解 (如Al2O3, TiO2 等会失氧) 吸收增加
六.反应蒸发
反应蒸发: 在⼀定的反应⽓氛中蒸发⾦属或低价化合物，在淀积过程中发⽣化学反应 ,⽣成所需的⾼价化合物薄膜.反应蒸发适⽤于制备⾼温时易发⽣分解的化合物，如Al2O3、TiO2等；饱和蒸⽓压低的化合物；熔点很⾼的化合物；特别是适合制备过渡⾦属与易解吸的O2、N2等反应⽓体组成的化合物薄膜，例如SiO2、ZrN、AlN、SiC薄膜
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议