真空蒸镀原理和方式

2022/05/05

 真空蒸镀即真空蒸发镀膜。这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，气体压强达到10-2Pa以下加热镀料，使其原子或分子从表面气化逸出形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜。

    1.真空蒸镀原理

    （1）膜料在真空状态下的发特性。单位时间内膜料单位面积上蒸发出来的材料质量称为蒸发速率。理想的最高速率Gm（单位为kg/（m²·s））∶Gm=4.38×10-3Ps（Ar/T）1/2，式中，T为蒸发表面的热力学温度，单位为K，Ps为温度T时的材料饱和蒸发压，单位为Pa，Ar为膜料的相对原子质量或相对分子质量。蒸镀时一般要求膜料的蒸气压在10-2~10-1Pa。材料的Cm通常处在10-4~10-1Pa，因此可以估算出已知蒸发材料的所需加热温度。

    （2）蒸气粒子的空间分布。蒸气粒子的空间分布显著地影响了蒸发粒子在基体上的沉积速率以及基体上的膜厚分布。这与蒸发源的形状和尺寸有关。最简单的理想蒸发源有点和小平面两种类型。

    2.真空蒸镀方式

    （1）电阻加热蒸发。它是用丝状或片状的高熔点金属做成适当形状的蒸发源，将膜料放在其中，接通电源，电阻加热膜料而使其蒸发。对蒸发源材料的基本要求是高熔点，低蒸气压，在蒸发温度下不会与膜料发生化学反应或互溶，具有一定的机械强度。另外，电阻加热方式还要求蒸发源材料与膜料容易润湿，以保证蒸发状态稳定。常用的蒸发源材料有钨、钼、钽、石墨、氮化硼等。

    （2）电子束蒸发。电阻加热方式中的膜料与蒸发源材料直接接触，两者容易互混，这对于半导基体元件等镀膜来说是需要避免的。电子束加热方式能解决这个问题。它的蒸发源是e形电子枪。膜料放入水冷铜坩埚中，电子束自源发出，用磁场线圈使电子束聚焦和偏转，电子轨迹磁偏转270°，对膜料进行轰击和加热。

    （3）高频加热。它是在高频感应线圈中放入氧化铝或石墨坩埚对膜材料进行高频感应加热。感应线圈通常用水冷铜管制造。此法主要用于铝的大量蒸发。

    （4）激光加热。它是用激光照射在膜料表面，使其加热蒸发。由于不同材料吸收激光的波段范围不同，因而需要选用相应的激光器。这种方式经聚焦后功率密度可达106W/cm²，可蒸发任何能吸收激光光能的高熔点材料，蒸发速率极高，制得的膜成分几乎与材料成分一样。