真空蒸发镀膜法.ppt

1、2.真空蒸发涂层原理，图2.1是真空蒸发涂层原理示意图。主要部分是真空室，提供蒸发过程所需的真空环境。接收蒸发源或蒸发加热器、蒸发材料布置和加热蒸发材料，并在表面形成固体蒸发薄膜的基板(基板)；基板加热器和温度计等。3真空蒸发的物理过程：1。使用多种形式的热转换方式蒸发或升华涂层材料粒子，使其成为具有一定能量的气体粒子(原子、分子、原子团、0 . 1 . 3 ev)。2.气体粒子基本上通过不碰撞的直线运动方式传递给气体。粒子在基体表面沉积，凝结成薄膜。4.构成薄膜的原子的重排或化学键的变化发生。影响真空镀膜质量和厚度的因素主要有蒸发源的温度、蒸发源的形状、基座的位置、真空度等。4 .三个茄子基

2、本过程：(1)加热蒸发过程，包括从冷凝阶段变为气象(固相或液相)的相变过程。每种蒸发物质根据温度徐璐有不同的饱和蒸汽压，在蒸发化合物时组合之间发生反应，其中一些通过气体或蒸汽进入蒸发空间。(2)蒸发源和基板之间汽化原子或分子的输送，即环境大气中牙齿粒子的飞行过程。飞行中与真空室内残余气体分子碰撞的次数取决于蒸发原子的平均自由过程和从蒸发源到基座的距离，经常被称为源-基准距离。(3)在原子或分子的基底表面蒸发的沉积过程，即蒸汽冷凝、核形成、核生长、连续薄膜形成。基板温度远低于蒸发源温度，因此沉积物分子通过从基板表面到固体相的直接转变过程。特点：设备比较简单，操作方便。制作的薄膜纯度高，质量好，厚

3、度可以相对准确地调节。成膜速度快，效率高，使用口罩获得清晰的图形。薄膜的生长机制比较简单。牙齿方法的主要缺点是很难获得晶体结构的薄膜。形成的薄膜在基板上的附着力小。工艺重复性不好。5 .真空热蒸发镀膜法的特点，1。饱和蒸汽压P与温度的关系Clapeyron-Clausius方程：H:单位摩尔物质的热脱皮变化V:单位摩尔物质体积的变化，双节蒸发热力学，理想气体的物态方程：2)温度变化10%，平衡蒸汽压变化约第一阶段，对温度敏感3)蒸发温度高于熔点，液体蒸汽蒸发温度低于熔点，固体蒸汽，升华，2。蒸发速度，dN:蒸发粒子数A:蒸发表面积Ph:蒸发分子对蒸发表面的静态压力AE:蒸发系数(01)，真空蒸

4、发实际上是在具有一定压力的剩余气体中进行的。显然，牙齿残余分子会影响薄膜的形成过程和薄膜的性质。第三种蒸发动力学，粒子在两次碰撞之间飞行的平均距离称为蒸发分子的平均自由距离。表达式中，P表示残余气体压力，D表示分子直径，N表示残余气体分子密度。例如，在一个大气压下蒸发分子的平均自由距离约为50厘米，与一般真空镀膜室的大小差不多。因此，在高真空状态下，大部分蒸发分子几乎没有碰撞，直接接触基板表面。，2蒸发物质的碰撞概率和纯度，室温下空气，碰撞粒子的百分比，N0个气体分子飞行D距离，碰撞气体分子的数量N，为了确保薄膜的沉积质量，要求f0.1，如果源-基距离为25厘米，则要求P3x10-。每秒蒸发，

5、与1cm2基面上堆积的粒子相对应的膜厚增加，成为累积率Rd。提高、(2)薄膜增长率(3)字典蒸发活性金属薄膜。4节蒸发源的释放特性-厚度分布，蒸发过程的假设：1)忽略蒸发原子与剩余气体和蒸发原子之间的碰撞。2)蒸发源的释放特性不随时间变化。3)进入基板的原子全部凝结成薄膜。时间t1内蒸发的总质量：dAs基板上蒸发物质的质量，dAs投影到球表面的面积为dAc，dAc=dAscos，因此成比例关系，1。点蒸发源，已知的Rm(单位时间单位面积点蒸发源蒸发源的分子量蒸发源的发射，表示根据研究方向和表面法线之间的角度余弦分布)。也就是说，遵守克努伊法则。=时，根据面蒸发源示意图，3)在相同条件下，面源的

6、中心膜厚度是店员的4倍。下图显示了与蒸发源平行且位于正上方的平面基准。4.提高膜厚均匀性的措施：1)使用多个分离的小区域蒸发源，最佳数量，合理布局和蒸发速度。2)变更基准放置方法，以提高厚度均匀性。a)球形放置基点源b)基板平面旋转；c)行星旋转基板框架；旋转方法： (a)基板位于圆顶内，绕轴旋转。(b)底座在鼓上，源在中心轴上，鼓绕中心轴旋转。(C)行星式旋转，5 .热蒸发涂层的阴影效果，阴影效果：由于蒸发引起气体分子的直线运动，薄膜部分区域被电镀或膜厚各处不能不同的现象，5节蒸发源的类型，真空蒸发使用的设备根据使用目的的不同会有很大的差异。从最简单的电阻加热电镀装置到非常复杂的。蒸发沉积装

7、置中最重要的组成部分是物质的蒸发源。目前用于真空蒸发的蒸发源可以根据加热原理分为电阻加热、电子加热、高频感应加热、电弧加热、激光加热等5个茄子类别。电阻加热使用钨、钼、钨等高熔点金属制造适当形状的蒸发源，或使用石英钨等。根据蒸发材料的性质和蒸发源材料的浸润性等，形成不同的蒸发源形状。1电阻蒸发源，一般对蒸发源材料的要求是(1)熔点高。(2)饱和蒸汽压低。高温下，蒸发源材料与蒸发材料一起蒸发，成为杂质，防止或减少进入蒸汽镀层。(3)化学性能稳定，高温下发生蒸发物质和化学反应时渡边杏。(4)耐热性好。热源改变时，功率密度变化较小。(5)原料丰富，经济结实。根据这些要求，实际使用的电阻加热材料通常是

8、不溶解的金属，例如W、Mo、Ta等。用牙齿金属制造适当形状的蒸发源，通过电流产生热量，直接加热蒸发物质。对蒸发源的形状取决于蒸发材料的性质，可以与蒸发源材料的润湿性相结合，形成不同的形状，选择不同的蒸发源材料。，32，丝绸，梨形，坩埚，蒸发坩埚种类，电阻蒸发源材料：W，Mo，Ta，BN，C等熔点高，平衡蒸汽降低，但1)形成蒸发材料和低熔点合金。2)胶卷的纯度不高。电阻加热法的特点：(1)结构简单，价格便宜，可靠使用(2)加热限制最大温度，蒸发速度低，蒸发面积小，高熔点，难以蒸发的物质无法蒸发。(3)直接加热时：蒸发物质会与电热材料反应或相互溶解，从而影响薄膜纯度；(4)坩埚间接加热，使用热效率

9、。(5)蒸发任何分解化合物时，薄膜成分与要蒸发的材料不一致。(6)不适合制造高纯薄膜。电子束热蒸发：蒸发高熔点蒸发物质，成为制备高纯度膜的主要方法。电子束热蒸发原理：将蒸发材料放置在水冷坩埚中，利用电子束作用下，得到动能轰击阳极的蒸发材料，汽化蒸发材料，凝结在基板上，形成薄膜。2 .电子束蒸发，电子束蒸发沉积可以防止钚材料的污染。同一蒸发沉积装置中可以放置多个钨，因此多个茄子不同的材料可以同时或单独蒸发。电子枪根据电子束聚焦的方式分类。(1)直射电子枪(2)环形枪(传记偏转)(3)e型枪(磁偏转)，环形枪结构示意图见右图。环形枪以环形阴极发射电子束，经过聚焦和偏转，撞击坩埚，蒸发坩埚内的材料，

10、其结构比较简单，但功率和效率都不高，灯丝容易受到污染。多用于实验研究工作，在生产中应用较少。直枪结构图表，优点：使用方便功率变化范围大，易于调节，缺点：设备体积、结构复杂，成本高，蒸发材料和电子枪，E型总结构，优点：无污染，功率大，可以蒸发，高熔点材料蒸发，薄膜质量好的缺点：高真空设备成本高，电子束蒸发蒸发高熔点材料(2)包含在水冷中，因此可以避免集装箱材料的蒸发和集装箱材料和蒸敷材料之间的反应，对提高电镀膜的纯度至关重要。(3)热可以直接添加到热敷材料的表面，热效率高，热传导和热辐射损失小。缺点：复杂的残余气体和部分蒸发材料的蒸汽电离，生成的电子和阳离子轰击基板影响薄膜成分、结构和性能，3

11、.高频柔道蒸发源将含有蒸发材料的坩埚置于高频螺旋线圈的中央，蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的旋涡损耗和磁损耗(对铁磁材料)，从而加热蒸发材料。42，特征：优点(1)蒸发率大，比电阻蒸发源大约10倍。(2)蒸发源的温度均匀稳定，不易飞溅。(3)蒸发源一次充电，不需要供给机构，温度控制简单，操作简单。缺点(1)蒸发装置必须屏蔽。(2)需要更复杂、更昂贵的高频发生器。(3)线圈附近的压力超过10-2Pa时，高频场电离残余气体，增加功耗。43、4。利用“激光蒸发”(Pulse Laser Deposition)、高功率激光束作为能量进行薄膜沉积的方法称为激光蒸发沉积法。多使用位于紫外线波段的脉冲

12、激光作为蒸发光(例如，波长248nm、脉宽20ns的准分子激光器等)。在蒸发过程中，高能激光光子可以瞬间将能量直接传递给蒸发物质的原子，因此激光蒸发法产生的粒子能量一般比一般蒸发方法高得多。，热源：激光激光激光激光：红宝石激光钕玻璃激光钇铝石榴石激光：巨大脉冲CO2激光：连续可调，高功率激光束功率密度：聚焦后106w/cm2以上物质吸收的能量：EA(吸收)=EI(入射)-ET加热温度高，蒸发速度快。可蒸发的高熔点材料；可以蒸发高熔点物质，特别适合蒸发复杂成分的合金或化合物。(高能激光光子瞬间向蒸发物质传递能量，粒子能量高于一般蒸发方法。)缺点：成本高，并非所有材料都适用。需要特殊的窗口资料。容

13、易引起物质粒子的飞溅。装备比较复杂，难以大规模使用。1合金的蒸发1。蒸发分馏现象二元以上的合金和化合物时，蒸发材料在汽化过程中各成分的饱和蒸汽压不同，因此蒸发率也不同。不能得到所需合金或化合物的比例成分的现象称为分馏现象。2.引入两种茄子定律(理想体积的定律)理想体积。每个元素在数量上可以徐璐以某种比例溶解，溶解时没有热效应，体积有可加性()。48，合金和化合物的蒸发，(a)分压定律液体的总蒸气压等于各组蒸气分压的和。(b)拉乌尔定律与溶液中溶剂的饱和蒸汽压和溶剂的摩尔分数成正比。比例常数是在温度下溶剂单独存在时的饱和蒸汽压。也就是说，49，3。拉乌尔定律在合金蒸发中应用合金速固溶体。因此，合

14、金固溶体是理想的溶解体，因此合金的蒸发可以根据拉乌尔定律粗略地处理。合金中含有二元成分时，合金各成分的蒸发率，50，在表达式中，PA和PB分别为A，B成分在温度T下的饱和蒸汽分压，GA，GB分别为两种成分的蒸发率。MA，MB分别是两种茄子成分元素的摩尔质量。a，B两种茄子成分的蒸发速度比必须使薄膜成分与蒸发材料成分完全一致。51，如果认为合金各成分的饱和蒸汽压服从拉乌尔定律，则假定PA，PB的估算值为mA，mB分别为集团原金属A，B的合金质量。合金中，集团原金属A、B的蒸发速度比为(2-66)，53，利用真空蒸发法制作预配置的合金薄膜，经常采用瞬时蒸发法、双蒸发源法、合金升华法等。54，1瞬间

15、蒸发法，55，又称闪烁法。就是把一个小颗粒送到很热的蒸发器或钨上，使一个颗粒瞬间完全蒸发。粒子尺寸小几乎可以同时蒸发所有成分，因此瞬间蒸发法经常用于合金的元素蒸发率大不相同的情况。优点：成分均匀的薄膜可以得到，掺杂蒸发等。缺点：蒸发速度难以控制，蒸发速度不能太快。56，2多源蒸发方法，57，形成合金的各成分，分别放入蒸发源，然后独立控制各蒸发源的蒸发速度，使其与到达基板的各种原子所需的合金薄膜的构成相对应。基板必须经常旋转，以便薄膜厚度均匀分布。理化化合物的蒸发方法有三种：(1)电阻加热法；(2)反应蒸发法；(3)二元或多源蒸发法3温度法和分子束外延法。反应蒸发法主要用于制备熔点高的绝缘介质薄膜