Verdunstung

Verdampfen ist eine gängige Methode der Dünnschichtabscheidung. Das Ausgangsmaterial wird im Vakuum eingedampft. Das Vakuum ermöglicht Dampfpartikel direkt auf das Zielobjekt, in dem sie wieder in einen festen Zustand zu kondensieren reisen. Die Verdampfung wird in Mikrofabrikation verwendet werden, und auf Makroebene Produkten wie metallisierten Kunststofffilm zu machen.

Physikalische Prinzip

Verdampfen umfasst zwei grundlegende Prozesse: ein Heißquellenmaterial verdampft und kondensiert auf dem Substrat. Es ähnelt dem bekannten Verfahren, mit dem flüssiges Wasser auf dem Deckel einer kochenden Topf erscheint. , Die gasförmige Umgebung und Wärmequelle sind jedoch unterschiedlich.

Verdampfung im Vakuum erfolgt, dh andere als die Quellmaterialdämpfe nahezu vollständig entfernt werden, bevor der Prozess beginnt. Im Hochvakuum eingedampft Teilchen kann direkt auf die Zielablagerung ohne Kollision mit dem Hintergrundgas zu reisen. Bei einem typischen Druck von 10 Pa hat ein 0,4-nm-Partikel eine mittlere freie Weglänge von 60 m. Heißen Gegenständen in der Verdampfungskammer, wie zum Beispiel Heizdrähte, erzeugen unerwünschte Dämpfe, die die Qualität des Vakuums zu begrenzen.

Verdampften Atome, die mit Fremdkörpern kann mit ihnen reagieren, kollidieren; Zum Beispiel, wenn Aluminium in der Gegenwart von Sauerstoff abgeschieden wird, wird Aluminiumoxid bilden. Sie reduzieren auch die Menge an Dampf, die das Substrat, das die Dicke schwierig zu steuern macht erreicht.

Verdampften Materialien Ablagerung ungleichförmig, wenn das Substrat eine rauhe Oberfläche aufweist. Weil das verdampfte Material Angriffe das Substrat hauptsächlich aus einer einzigen Richtung, hervorstehende Merkmale blockieren das verdampfte Material aus einigen Gebieten. Dieses Phänomen wird als "Schattenbildung" oder "Stufenabdeckung."

Wenn die Verdampfung in einem schlechten Vakuum oder geführt nahe Atmosphärendruck, ist die resultierende Abscheidung im allgemeinen nicht gleichförmig und nicht dazu neigt, eine kontinuierliche oder glatten Film. Vielmehr wird die Abscheidung Fuzzy angezeigt.

Ausrüstung

Jeder Verdampfungssystem umfasst eine Vakuumpumpe. Es enthält auch eine Energiequelle, die das abzuscheidende Material verdampft. Viele verschiedene Energiequellen vorhanden sind:

  • Bei dem thermischen Verfahren wird metallisches Material auf Halbmetall erhitzt Verdampfer als "Booten" aufgrund ihrer Form bekannt zugeführt. Ein Pool von geschmolzenem Metall Formen im Boot Höhle und verdunstet in einer Wolke über der Quelle. Alternativ kann das Ausgangsmaterial in einem Tiegel, der unter Strahlung von einem elektrischen Heizfaden beheizt wird, oder das Ausgangsmaterial kann aus dem Filament selbst aufgehängt werden.
    • Molekularstrahlepitaxie ist eine erweiterte Form von thermischer Verdampfung.
  • Im Elektronenstrahlverfahren wird die Quelle durch einen Elektronenstrahl mit einer Energie von bis zu 15 keV erhitzt.
  • In Flash-Verdampfung wird ein feiner Draht von Quellenmaterial kontinuierlich auf eine heiße Keramik bar zugeführt und verdampft bei Kontakt.
  • Widerstandsverdampfung wird, indem ein großer Strom durch einen Widerstandsdraht oder eine Folie, die das abzuscheidende Material bewerkstelligt. Das Heizelement wird häufig als ein "Verdampfungsquelle" bezeichnet. Draht-Verdampfungsquellen aus Wolframdraht hergestellt und können zu Filamenten, Körbe, Heizungen oder geloopt geformte Punktquellen gebildet werden. Bootstyp Verdampfungsquellen aus Wolfram, Tantal, Molybdän oder keramischen Materialien vom Typ aushalten hohe Temperaturen.

Manche Systeme mounten das Substrat auf eine Out-of-plane-Planetenmechanismus. Der Mechanismus dreht das Substrat gleichzeitig um zwei Achsen, um Schattenbildung reduzieren.

Optimierung

  • Reinheit des abgeschiedenen Films hängt von der Qualität des Vakuums und auf die Reinheit des Ausgangsmaterials.
  • Bei einer gegebenen Unterdruck der Film Reinheit höher bei höheren Abscheidungsraten, da dies die relative Geschwindigkeit der gasförmige Verunreinigung Aufnahme minimiert.
  • Die Dicke des Films variiert aufgrund der Geometrie der Verdampfungskammer. Kollisionen mit Restgasen verschlimmern Ungleichmäßigkeit der Dicke.
  • Drahtfasern zur Verdampfung kann nicht abzuscheiden dicken Filmen, da die Größe des Filaments begrenzt die Menge des Materials, das abgeschieden werden kann. Verdampferschiffchen und Tiegeln bieten höhere Volumen für dickere Beschichtungen. Thermische Verdampfung bietet schnellere Verdampfungsraten als Sputtern. Flash-Verdampfung und andere Methoden, die Tiegel verwenden können dicke Filme hinterlegen.
  • Um ein Material abzuscheiden, muß der Verdampfungssystem in der Lage, es zu verdampfen. Dies macht feuerfesten Materialien wie Wolfram schwer nach Verfahren, die nicht mit Elektronenstrahl-Heizen abzuscheiden.
  • Elektronenstrahlverdampfung ermöglicht eine strenge Kontrolle der Verdampfungsgeschwindigkeit. Somit kann ein Elektronenstrahlsystem mit mehreren Strahlen und mehrere Quellen einer chemischen Verbindung oder einem Verbundmaterial mit bekannter Zusammensetzung abzulagern.
  • Stufenabdeckung

Anwendungen

Ein wichtiges Beispiel für ein Verdampfungsverfahren ist die Herstellung von aluminisiertem PET Folienverpackungsfolie in einem Rolle-zu-Rolle-Websystem. Oft ist die Aluminiumschicht in diesem Material ist nicht dick genug, um völlig undurchsichtig, da eine dünnere Schicht kann billiger als eine dicke hinterlegt. Der Hauptzweck des Aluminiums ist, das Produkt von der äußeren Umgebung, indem sie eine Sperre für den Durchgang von Licht, Sauerstoff oder Wasserdampf zu isolieren.

Verdampfung wird üblicherweise in Mikro verwendet, um Metallfilme abzuscheiden

Vergleich zu anderen Ablagerungsverfahren

  • Alternativen zum Verdampfen, wie beispielsweise Sputtern und chemische Dampfabscheidung, eine bessere Stufenabdeckung. Dies kann ein Vorteil oder Nachteil sein, je nach dem gewünschten Ergebnis.
  • Sputter-Material neigt dazu, langsamer zu hinterlegen, als Verdampfung.
  • Sputtern verwendet ein Plasma, das in vielen Hochgeschwindigkeits-Atome, die das Substrat zu beschießen, und kann sie beschädigt werden erzeugt. Verdampfte Atome eine Maxwellsche Energieverteilung, durch die Temperatur der Quelle, die die Anzahl der Hochgeschwindigkeits-Atomen reduziert bestimmt. Allerdings neigen die Elektronenstrahlen auf Röntgenstrahlen und Streuelektronen, welche jeweils auch das Substrat beschädigen herzustellen.

Anwendung:

  • astronomisches Teleskop Spiegel.
  • Aluminium-PET-Folie.
  • Mikrofertigung
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