Что такое термическое испарение?

Одним из распространенных методов физического осаждения из паровой фазы (PVD) является термическое испарение. Это разновидность тонкопленочного осаждения, представляющая собой вакуумную технологию нанесения покрытий из чистых материалов на поверхность различных объектов. Покрытия, также называемые пленками, обычно имеют толщину от ангстрем до микронов и могут представлять собой один материал или несколько материалов в слоистой структуре.

Материалы, наносимые с помощью методов термического испарения, могут представлять собой чистые атомарные элементы, включая металлы и неметаллы, или молекулы, такие как оксиды и нитриды. Объект, на который будет нанесено покрытие, называется подложкой и может представлять собой самые разные вещи, такие как полупроводниковые пластины, солнечные элементы, оптические компоненты или многие другие варианты.

Термическое испарение включает в себя нагрев твердого материала внутри камеры высокого вакуума до температуры, обеспечивающей некоторое давление пара. Даже относительно низкого давления пара внутри вакуума достаточно, чтобы поднять облако пара внутри камеры. Этот испаренный материал теперь представляет собой поток пара, который пересекает камеру и попадает на подложку, прилипая к ней в виде покрытия или пленки.

В большинстве случаев процессов термического испарения материал нагревается до точки плавления и становится жидким. Обычно он расположен на дне камеры, часто в каком-нибудь вертикальном тигле. Затем пар поднимается над этим нижним источником, а подложки удерживаются перевернутыми в соответствующих приспособлениях в верхней части камеры. Поверхности, предназначенные для нанесения покрытия, обращены таким образом вниз к нагретому исходному материалу для нанесения покрытия.

Возможно, придется принять меры для обеспечения адгезии пленки и контроля различных свойств пленки по желанию. К счастью, конструкция и методы системы термического испарения позволяют регулировать несколько параметров, что дает инженерам-технологам возможность достигать желаемых результатов для таких переменных, как толщина, однородность, прочность сцепления, напряжение, зернистая структура, оптические или электрические свойства.

Два основных способа нагрева исходного материала

Один метод, часто называемый испарением нитей, представляет собой простой электрический резистивный нагревательный элемент или нить накала. Существует множество различных физических конфигураций этих резистивных испаряющихся нитей, в том числе многие из них известны как «лодочки» — почти тонкие кусочки листового металла из подходящих высокотемпературных металлов (таких как вольфрам) со сформированными углублениями или впадинами, в которые помещается материал. Источник накала обеспечивает безопасность при низком напряжении, хотя требуется очень высокий ток, обычно несколько сотен ампер.

Другим распространенным источником тепла является электронный луч или электронный луч, который широко известен как электронно-лучевое испарение. Это, безусловно, более «высокотехнологичный» подход к нагреву материала, требующий опасного высокого напряжения (обычно 10 000 вольт), поэтому системы E-Beam всегда включают дополнительные функции безопасности. Сам источник представляет собой «пушку» электронного луча. Маленькая и очень горячая нить накала испаряет электроны, которые затем ускоряются высоким напряжением, образуя электронный луч значительной энергии.