真空蒸鍍原理和方式

2022/05/05

 真空蒸鍍即真空蒸發(fā)鍍膜。這種方法是把裝有基片的真空室抽成真空，氣體壓強(qiáng)達(dá)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(jié)形成固態(tài)薄膜。

    1.真空蒸鍍原理

    （1）膜料在真空狀態(tài)下的發(fā)特性。單位時(shí)間內(nèi)膜料單位面積上蒸發(fā)出來的材料質(zhì)量稱為蒸發(fā)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(fā)表面的熱力學(xué)溫度，單位為K，Ps為溫度T時(shí)的材料飽和蒸發(fā)壓，單位為Pa，Ar為膜料的相對(duì)原子質(zhì)量或相對(duì)分子質(zhì)量。蒸鍍時(shí)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(fā)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(fā)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(fā)源的形狀和尺寸有關(guān)。最簡單的理想蒸發(fā)源有點(diǎn)和小平面兩種類型。

    2.真空蒸鍍方式

    （1）電阻加熱蒸發(fā)。它是用絲狀或片狀的高熔點(diǎn)金屬做成適當(dāng)形狀的蒸發(fā)源，將膜料放在其中，接通電源，電阻加熱膜料而使其蒸發(fā)。對(duì)蒸發(fā)源材料的基本要求是高熔點(diǎn)，低蒸氣壓，在蒸發(fā)溫度下不會(huì)與膜料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或互溶，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。另外，電阻加熱方式還要求蒸發(fā)源材料與膜料容易潤濕，以保證蒸發(fā)狀態(tài)穩(wěn)定。常用的蒸發(fā)源材料有鎢、鉬、鉭、石墨、氮化硼等。

    （2）電子束蒸發(fā)。電阻加熱方式中的膜料與蒸發(fā)源材料直接接觸，兩者容易互混，這對(duì)于半導(dǎo)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(gè)問題。它的蒸發(fā)源是e形電子槍。膜料放入水冷銅坩堝中，電子束自源發(fā)出，用磁場線圈使電子束聚焦和偏轉(zhuǎn)，電子軌跡磁偏轉(zhuǎn)270°，對(duì)膜料進(jìn)行轟擊和加熱。

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

    （4）激光加熱。它是用激光照射在膜料表面，使其加熱蒸發(fā)。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(yīng)的激光器。這種方式經(jīng)聚焦后功率密度可達(dá)106W/cm2，可蒸發(fā)任何能吸收激光光能的高熔點(diǎn)材料，蒸發(fā)速率極高，制得的膜成分幾乎與材料成分一樣。