蒸发镀膜技术介绍|个人博客

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一、真空蒸镀的设备及物理实验原理

真空蒸发设备主要由真空室和真空系统组成，真空室有蒸发源(即蒸发加热器)、基板和基板框架、基板加热器、排气系统等。

涂层材料被放置在真空室中的蒸发源中，并且通过在高真空条件下加热蒸发源来蒸发。当蒸汽分子的平均自由程大于真空室的线性尺寸时，薄膜蒸汽的原子和分子从蒸发源表面逸出，很少受到其他分子或原子的碰撞和阻碍，可以直接到达被镀基底表面。由于基底的低温，薄膜蒸汽颗粒在其上冷凝形成薄膜。

为了提高蒸发分子与基体的粘附性，可以通过适当的加热或离子清洗来活化基体。真空蒸发镀层从物料蒸发、输送到沉积的物理过程如下:

（1）通过各种方式将其他形式的能量转化为热能，加热膜材料蒸发或升华成为具有一定能量(0.1~0.3eV)的气态粒子(原子、分子或原子团)；

（2）气体颗粒以相同的速度沿直线离开薄膜表面，基本上没有碰撞;

（3）到达衬底表面的气态粒子聚集并成核以生长成固体膜；

（4）组成一个薄膜的原子进行重组排列或产生不同化学键合。

二、蒸发加热方式

（1）电阻加热蒸发

电阻加热蒸发法是一种简单、常用的加热方法。它一般适用于熔点低于1,500℃的涂层材料。通常是线状或片状的高熔点金属(W、Mo、Ti、Ta、B、铵等)。制成形状合适的蒸发源，装载蒸发材料，利用电流的焦耳热熔化、蒸发或升华电镀材料。蒸发源的形状主要有多股螺旋、U形、正弦形、薄板形、船形、锥形篮形等。同时，这种方法要求蒸发源材料熔点高：饱和蒸气压低：化学性质稳定，在高温下不能与涂层材料发生化学反应：耐热性好，功率密度变化小等。使用大电流通过蒸发源加热，直接加热蒸发膜材，或将膜材放入由石墨和一些耐高温金属氧化物(如A202，BO)等用于间接加热和蒸发的材料。

电阻加热蒸发镀膜有局限性:难熔金属蒸汽压低，难以成膜；有了这种元素，很容易与电热丝形成合金；很难获得成分均匀的合金膜。电阻加热蒸发因其结构简单、价格低廉、操作方便，是一种应用广泛的蒸发方法。

（2）电子束蒸发

电子束蒸发是将涂层材料置于水冷铜坩埚中，用高能量密度电子束轰击，使涂层材料汽化的一种方法。蒸发源由电子发射源、电子加速电源、坩埚(通常为铜坩埚)磁场线圈、冷却水套等组成。在这个装置中，加热的材料被放置在水冷坩埚中。电子束只轰击材料的一小部分，其余的大部分在坩埚的冷却作用下保持在非常低的温度，坩埚可以被认为是被击中的部分。因此，电子束加热蒸发方法可以避免涂层材料与蒸发源材料之间的污染。

一个或多个坩埚可以放置在蒸发装置中，该装置可以同时或分别蒸发和沉积各种不同的物质。电子束蒸发源具有以下优点:

1.蒸发源的电子束轰击具有较高的束流密度，能够获得比电阻加热源高得多的能量密度。它可以蒸发高熔点材料，如 W，MO，A1203等:

2.涂层材料放在水冷铜坩埚中，可以避免源材料的蒸发和它们之间的反应；

3.热量管理可以通过直接加到镀膜材料的表面，使得热效率高，热传导和热辐射的损失少.电子束加热蒸发处理方式的缺点是一次中国电子和镀膜材料以及表面信息发出的二次利用电子产品会使蒸发原子和残余气体作为分子电离，这有什么时候会影响膜层质量。

（3）高频感应加热蒸发

高频信息感应系统加热过程中蒸发是将装有镀膜技术材料的坩埚放置在高频螺旋线圈的中心，使镀膜材料在高频电磁场的感应下产生一个强大的涡流电流和磁滞效应，致使膜层升温，直至气化蒸发。蒸发源一般有水冷高频线圈和石墨公司或者中国陶瓷（氧化镁、氧化铝、氧化硼等）坩埚组成。高频交流电源可以采用的频率为1万至几十万赫兹，输入输出功率为几至几百千瓦，膜材体积越来越小，感应信号频率水平越高。感应控制线圈出现频率分析通常用水冷铜管制造。高频感应加热蒸发过程方法的缺点是不易对输入不同功率因素进行学习微调，它有下述主要优点: