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產(chǎn)品和應(yīng)用領(lǐng)域
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蒸發(fā)鍍膜為何要在高真空的環(huán)境下進(jìn)行呢？
發(fā)布時(shí)間：
2024-07-10
概要
蒸發(fā)鍍膜技術(shù)是光學(xué)，電子，半導(dǎo)體和裝飾等各領(lǐng)域中被廣泛采用的一項(xiàng)重要表面處理技術(shù)。但真空條件對(duì)蒸發(fā)鍍膜工藝有重要影響。本篇文章將深入探究蒸發(fā)鍍膜為何會(huì)在真空中完成，其中涉及到真空對(duì)于鍍膜過(guò)程以及膜層質(zhì)量影響的諸多方面
薄膜作為物質(zhì)形態(tài)之一，其所用膜材料范圍很廣，既可由單質(zhì)元素或者化合物構(gòu)成，又可由無(wú)機(jī)材料或者有機(jī)材料構(gòu)成。薄膜如同塊狀物質(zhì)，既可呈單晶態(tài)、多晶態(tài)也可呈非晶態(tài)。近年來(lái)，功能材料薄膜及復(fù)合薄膜的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。鍍膜技術(shù)和薄膜產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于工業(yè)，特別是電子材料和元器件等工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著其重要作用。
真空蒸發(fā)鍍膜包括以下三種基本工藝∶
① 加熱蒸發(fā)的工藝。包括由凝聚相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵ü滔嗷蛞合?rarr;氣相）的相變過(guò)程。
每一種蒸發(fā)物質(zhì)都有一個(gè)不同溫度下飽和蒸氣壓；在蒸發(fā)化合物的過(guò)程中，它們的成分間會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，部分成分會(huì)以氣態(tài)或者蒸氣的形式進(jìn)入到蒸發(fā)空間。
② 蒸發(fā)源和基片間氣化原子或者分子的傳輸過(guò)程也就是這些顆粒在環(huán)境氣氛下的飛行。
在飛行過(guò)程中，與真空室內(nèi)的殘留氣體分子發(fā)生碰撞的頻率，是由蒸發(fā)原子的平均自由路徑和蒸發(fā)源至基片的距離共同決定的，這種距離通常被稱(chēng)作源與基片之間的距離。
③ 蒸發(fā)原子或者分子沉積到基片表面的過(guò)程就是蒸氣凝聚，成核，核長(zhǎng)出連續(xù)的薄膜。
由于襯底溫度比蒸發(fā)源溫度要低得多，所以，襯底表面沉積物分子會(huì)直接經(jīng)歷由氣相向固相的相變。將膜材放入真空鍍膜室中，利用蒸發(fā)源對(duì)膜材進(jìn)行加熱蒸發(fā)，待蒸發(fā)分子平均自由程超過(guò)真空鍍膜室線性尺寸后，蒸汽中原子、分子在蒸發(fā)源表面逃逸后，在飛向基片表面過(guò)程中很少受到其他粒子（以殘余氣體分子居多）的碰撞阻礙，可直接到達(dá)被鍍的基片表面，由于基片溫度較低，則凝結(jié)其上形成薄膜，要增加蒸發(fā)分子在基片上的附著力就必須使基片適當(dāng)?shù)厥軣?。為了順利地進(jìn)行蒸發(fā)鍍膜，蒸發(fā)時(shí)要有真空條件，制膜時(shí)要有蒸發(fā)條件。
真空條件的重要性∶
① 降低氣體分子的干擾
常壓時(shí)空氣中氣體分子含量較高。這些分子在蒸發(fā)材料中粒子運(yùn)動(dòng)路徑中會(huì)常被碰撞而大大擾動(dòng)其定向運(yùn)動(dòng)軌跡。這樣將使鍍膜時(shí)粒子分布紊亂無(wú)序，很難均勻沉積到基底表面上，使最后生成的膜層厚不均，品質(zhì)良莠不齊。
② 避免氧化及污染
氧氣和其他氣體在與蒸發(fā)材料發(fā)生化學(xué)作用時(shí)，能迅速轉(zhuǎn)化為多種氧化物或不同的化合物。這樣不但改變了蒸發(fā)材料本來(lái)的特性，而且還會(huì)給膜層純度及性能帶來(lái)嚴(yán)重不利影響。并且在真空環(huán)境下，能有效排除氧氣及其他有害氣體，避免此類(lèi)氧化及污染現(xiàn)象，保證蒸發(fā)材料能維持其純態(tài)鍍膜。
③提升了粒子的平均自由程
真空條件下粒子間碰撞概率因氣體分子個(gè)數(shù)很少而大幅度降低，導(dǎo)致粒子平均自由程顯著提高。如此，揮發(fā)后的材料粒子可以更自由平穩(wěn)地向基底表面移動(dòng)，降低傳輸時(shí)能量損耗及方向偏差，進(jìn)而大大提高鍍膜效率及品質(zhì)。
真空環(huán)境對(duì)于鍍膜的重要性∶
① 蒸發(fā)速率的影響
真空度對(duì)蒸發(fā)源物料蒸發(fā)速率有明顯影響。真空度高時(shí)，周?chē)h(huán)境中幾乎沒(méi)有氣體分子，蒸發(fā)源材料表面受氣體分子碰撞阻礙作用隨之降低。這樣就可以使蒸發(fā)源材料蒸發(fā)得更加迅速和穩(wěn)定，進(jìn)而保證蒸發(fā)速率具有可準(zhǔn)確控制性。且真空度低時(shí)，大量氣體分子擾動(dòng)蒸發(fā)源材料蒸發(fā)過(guò)程，使蒸發(fā)速率失穩(wěn)且波動(dòng)大，嚴(yán)重影響鍍膜厚度均勻性及質(zhì)量穩(wěn)定性。
② 粒子能量與入射角的影響
真空中蒸發(fā)出的材料粒子可以得到較高能量，因?yàn)闅怏w分子不受阻礙與碰撞。當(dāng)這些高能量粒子飛抵基底表面后，會(huì)以更加集中和方向性強(qiáng)的入射角沉積下來(lái)。這一高能量，集中入射角等特點(diǎn)，有利于形成更致密，附著力更強(qiáng)的膜層。同時(shí)粒子所具有的高能量也促進(jìn)了其在基底表面上的鋪展與融合，從而使膜層結(jié)構(gòu)與性質(zhì)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化。
③凝聚與結(jié)晶過(guò)程的影響
真空環(huán)境為蒸發(fā)材料的凝聚和結(jié)晶提供了更為適宜的條件。在真空中，由于沒(méi)有了氣體分子的干擾，蒸發(fā)材料粒子在沉積到基底表面后能夠更加自由地進(jìn)行凝聚和結(jié)晶。這有利于形成更加規(guī)整、有序的晶體結(jié)構(gòu)，提高膜層的結(jié)晶質(zhì)量。而在常壓環(huán)境下，氣體分子的存在可能會(huì)阻礙粒子的凝聚和結(jié)晶過(guò)程，導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)的紊亂和缺陷的產(chǎn)生。
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