始于1992年,我们专注于真空镀膜领域

新闻资讯

新闻资讯

news

销售咨询

Sales consultant

服务热线

400-900-9105

电子束蒸发物理气相沉积-广东振华真空镀膜设备

在上一篇文章中描述了最简单的电阻蒸发形式。这涉及在真空环境中加热电阻丝,进而加热蒸发材料使其熔化或升华。该过程中产生的蒸气冷凝到基材上,从而形成最终的薄膜。

在这里,简略地讨论一下物理气相沉积(PVD)的另一种形式,其中靶阳极材料被灯丝产生的电子流轰击。这就是电子束沉积,是在研发界以及大规模生产中广泛使用的薄膜沉积技术。

正常的电子束沉积是在真空中完成的,通常会在小于10⁻⁵Torr的压强下启动该工艺。一旦达到合适的真空度,钨丝发出电子流形成电子束源中。该电子束也可以通过各种方式产生,包括热离子发射,场电子发射或离子电弧源,取决于源和相关电源的设计。在所有情况下,带负电的电子都被吸引到带正电的阳极材料上。产生的电子束被加速到高动能,并直接对准要沉积到基板上的材料。通过与蒸发材料原子的相互作用,该能量转化为热量。为了促进在被加热材料表面上热量均匀的分布,可以对电子束中常用一系列电磁控制手段,以便使操作员能够以均匀分布的方式把电子束栅格化在整个靶表面。栅格化通常是由程序控制器控制的,因此可以生成无限的图形阵列,以便最佳地适合沉积系统以及所沉积材料的物理特性。

对于需要制备多层膜的场合,电子束源可以安排多个坩埚。它们可以转盘设计布置,每个坩埚都可以机械地旋转到电子流下方的位置。商业上有两个、四个或至六个不同尺寸的形式,以适应各种各样的沉积要求,几何配重和多种成膜要求。

坩埚尺寸可根据工艺要求而变化。对于小型研发应用,坩埚尺寸可小至1~2cc。对于大规模生产要求,坩埚尺寸可以达到150cc或更大。对于连续生产情况,可以配置料丝进给系统,从而以指定的进料速率将料丝线送到坩埚中,以保持坩埚中熔融材料的体积连续恒定。棒材进给机构也可采用类似的设计,该机构将棒材连续送到电子束源的底部,以不断“重新填充”坩埚。

如上所述,在电子束源中产生电子流的目的是在给定的工作压力下将沉积的材料加热到高于蒸气压阈值的温度。然后将蒸气流冷凝到基板的表面上。(坩埚)栅格化电子束有助于在电荷内维持均匀的温度,但是仍然存在着电子束源体进行水冷却的问题。对源进行冷却,可以最大程度地减少对基板的辐射热,并保护铜坩埚不与熔融材料反应。不幸的是,坩埚周围和底部周围的水冷却使熔融体外表面周围也能冷却,而轰击电子仅加热顶表面上的源材料。这会在整个装料过程中产生一个热梯度-中央部分较热,外部边缘较冷。采取将熔融材料与坩埚的水冷隔离开来,使用具有合适成分的坩埚衬里将有助于平衡熔融材料中的温度。另外,通过选择正确的衬里材料,熔融材料将不会与铜坩埚反应,以免对所得薄膜造成污染并损坏蒸发源。

然而,电子束蒸发存在严重的缺点。它本质上是一个点源,这意味着蒸气流是从有限的点源或表面积出发的。根据电子束源的实际坩埚尺寸,整个蒸气流会在电子束源的“口袋内”引发。根据射束在蒸发材料上方的栅格化方式,材料流将从坩埚顶部向外朝向基板形成圆锥余弦分布。为了帮助促进膜厚度均匀性,衬底到源的距离通常比溅射源的距离要大很多。典型的基板到源距离约为15英寸左右,但可能取决于特定系统中包含的几何约束。对于大面积基板 可能需要同时使用多个电子束蒸发源。在这样的情况下,同一沉积材料的装有多个源同时使用。通常将坩埚间隔一定距离设置成一条直线,以使所得薄膜的均匀性最大化。这种配置通常用于卷绕镀膜,其中连续的基材或织物在电子束源阵列上方的位置线上通过。必须注意确定适当的间距以及沉积参数,以实现始终如一的准确和均匀的膜厚。

与溅射不同,溅射中的各个原子以很高的速度和动量到达基板表面,而热产生的蒸汽流以相当低的速度到达基板表面,但到达的速率要大得多,即热蒸发的材料可能比溅射沉积速率大几个数量级。这对于大量生产或制备厚膜非常有益,但确实有一些缺点。由于在电子束蒸发过程中到达基板的动能不具有与溅射物质相同的动量,因此材料倾向于直接在基板表面凝结。溅射材料的原子会在失去动量之前穿透几个原子层(或更多个原子层)进入基板表层,然后在核状结构内形成粘结键并生长成薄膜。与热蒸发相比,溅射膜往往提供更好的结合特性。

像所有热蒸发一样,电子束蒸发沉积速率取决于沉积材料的温度以及该材料的蒸气压(物理常数)。对于各种元素材料,在任何特定的背景压力(真空度)下和材料的温度,都有固定的蒸气压。但是对于合金或复合材料,每种成分可能会有变化的分压。由于所沉积的一种或多种成分从原料中差异性地耗尽,这导致所得薄膜的化学计量比变化。除非材料成分是低共熔成分,否则在长时间沉积固定成分的材料时会出现问题。

下一篇:
上一篇: