真空蒸鍍的技術原理

2021-01-09 振華科技

這是一種發展得較早和應用得較廣泛的鍍膜技術,至今仍有著重要的地位.但是從近年的發展來看濺射和離子鍍技術更為優越一些。 目前,即使在真空蒸鍍中也已引進了很多新的內容。

真空蒸鍍是在10E-3 ~10E-4 Pa的壓力下, 採用各種形式的熱能轉換方式護鍍膜材料蒸發, 並成為具有一定能量的氣態粒子(原子、分子或原子團), 蒸發的氣態粒子通過基本上無碰撞的直線運動方式傳輸到基底, 然後在基底上凝聚成鍍膜。基底通常接地,不加偏壓。

在真空蒸鍍時,氣態粒子是由放千蒸發源中的蒸發材料產生的, 而蒸發源的加熱可以採用電阻法、高頻感應法、電子束轟擊、 雷射蒸發或放電法等。

一般真空蒸鍍設備的工作室為金屬鐘罩, 並備有手動的或液壓的提升機構。 底盤下面是由機械泵和擴散 泵組成的抽氣系統, 通過真空閥門對工作室抽真空。 氣體通 過針閥進人真空室, 底盤上有真空測試用的規管。

利用上述的抽氣系統可以使工作室的真空度達10E-3~10E-4Pa以上, 採用加熱器烘烤基片以便去除基片上吸附的氣體。鏡膜材料是 通過電阻加熱的蒸發源來蒸發的, 它們可以呈絲狀或加工成 舟狀。 該膜材料呈「遊標」狀態懸掛掌或纏繞在蒸發源絲的上 面。有些材料是從陶瓷坩堝中蒸發, 用螺旋形加熱器通電加 熱。

利用電阻加熱器加熱蒸發的鐵膜機的構造簡單、造價便使用可靠,可用於熔點不太高的材料(低千1300℃)的蒸發鍍膜, 尤其適用於對膜層質量要求不太高的大批量的生產中。

迄今為止, 在鍍鋁製鏡的生產中仍然大量使用若電阻加 熱蒸發的工藝。 採用電阻加熱蒸發的蒸鏡技術時,值得注意 的是加熱器材料的選用. 常用的電阻加熱器的材料為W、 Ta和Mo等高熔點的金屬。

在加熱時, 加熱器材料被蒸發的分子數非常少, 這樣才能減少使加熱器材料作為雜質而進入薄膜的可能性。 為了做到這一點, 加熱器材料的使用溫度應當低於它的平衡蒸汽壓為10E-8Pa的溫度。

此外,要選擇合適的加執器材料和燕發材 料的組合,使它們在高溫時不會因為發生擴散和化學反應而形成合金或化合物。Al、Fe、沁和Co等金展會與W、Ta、 Mo等金屬在高溫時形成合金,即使是壓和Au在高溫下也會形成合金。

在形成合金之後,加熱器材料的熔點要下降,加 熱器就容易燒壞所以,應當選用不會與薄膜材科形成合金的材料來製作加熱器。如果做不到這一點,那就要降低加熱器的使用溫度。

電阻加熱方式的缺點是加熱所能達到的最高溫度有限, 加熱器的壽命也較短。近年來,為了提高加熱器的壽命,國內外已採用壽命較長的氮化硼合成的導電陶瓷材料作為加熱器。據日本專利報導,可採用20-30%的氮化硼和能與其相熔的耐火材料所組成的材料來製造坩堝,並在表面塗上一層含62-82%的鋯,其餘為結矽合金的材料。

但是這種玵塢的成本較高.因此也有人將注意力集中在研製高質量、 低成本的石墨坩堝上。採取精確地計算和控制石潯玵用的合 理功率,改進坩堝的給料方式,避免沿禍過熱以及研製高純、高密度的石墨發熱體。這樣將石墨坩堝的壽命可提高到 十幾個小時以上。

為了克服電阻加熱蒸鍍的缺點,近年來廣泛採用了電子束作為蒸發源的真空蒸鍍裝置。放在坩堝中的材料經電子束轟擊後熔化並蒸發,在溫度T(平衡態)時單位時間內從每平方釐米麵積 上蒸發的具有分子最M的粒子的數目,可以通過分子運動論推出。

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