真空镀铝基础知识介绍.ppt
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1、真空蒸镀基础知识介绍,目 录,一.真空蒸镀原理 二.真空蒸镀方式 三.真空蒸镀设备 四.真空蒸镀工艺,一真空蒸镀原理 1料在真空状态下的蒸发特性 2蒸气粒子的空间分布 3凝结生长过程,1 料在真空狀態下的蒸發特性 真空蒸镀是将工件放入真空室并用一定的方法加热使镀膜材料(简称膜料)蒸发或升华飞至工件表面凝聚成膜。 膜料的蒸发温度最终要根据膜料的熔点和饱和蒸气压等参数定。表1-1和表1-2分别列出了部分元素和化合物的熔点以及饱和蒸气压为1.33Pa 时相应的蒸发温度。,更多文章,表7-3 部分元素的蒸發特性(飽和蒸氣壓為1.33Pa),表1-1 部分元素的蒸發特性(飽和蒸氣壓為1.33Pa),表1
2、-2 部分化合物的蒸發特性(飽和蒸氣壓為1.33Pa),2蒸氣粒子的空間分布 蒸氣粒子的空間分布顯著地影響了蒸發粒子在基體上的沉積速率以及基體上的膜厚分布。這與蒸發源的形狀和尺寸有關。最簡單的理想蒸發源有點和小平面兩種類型。在點源的情況下以源為中心的球面上膜厚均相同所以工件放在球面上就可得到膜厚相同的鍍膜。如果是小平面蒸發源則發射具有方向性。 實際蒸發源的發射性應按具體情況加以分析。例如用螺旋狀鎢絞絲作蒸發源可以簡化為由一系列小點源構成的一個短圓柱形蒸發源但對于距離相對很大的平板工件(例如平板玻璃)來說這種假設的計算結果几乎完全等效于點源模型。,更多文章,3凝結生長過程 蒸發粒子與基材碰撞后一
3、部分被吸附。吸附原子在基材表面發生表面擴散沉積原子之間產生兩維碰撞形成簇團有的在表面停留一段時間后再蒸發。原子族團與擴散原子相碰撞或吸附單原子或放出單原子這種過程反復進行當原子數超過某一臨界值時就變為穩定核再不斷吸附其他擴散原子而逐步長大最后與鄰近穩定核合并進而變成連續膜。,更多文章,二真空蒸鍍方式 1電阻加熱蒸發方式及蒸發源 2電子束蒸發方式及蒸發源 3高頻加熱方式及蒸發源 4激光加熱方式及蒸發源,更多文章,1電阻加熱蒸發方式及蒸發源 它是用絲狀或片狀的高熔點金屬做成適當形狀的蒸發源將膜料放在其中接通電源電阻加熱膜料而使其蒸發。 對蒸發源材料的基本要求是高熔點低蒸氣壓在蒸發溫度下不會與膜料發
4、生化學反應或互溶具有一定的機械強度。實際上對所有加熱方式的蒸發源都有這樣的要求。另外電阻加熱方式還要求蒸發源材料與膜料容易潤濕以保証蒸發狀態穩定。常用的蒸發源材料有鎢鉬鉭石墨氮化硼等。電阻蒸發源的形狀是根據蒸發要求和特性確定的通常又叫線型舟型(一般稱為船,可盛薄膜之材料)等。,更多文章,(A)線型: 1.呈螺旋狀:如圖(a)所示,可為單股絲多股絲。欲鍍物插掛於螺旋環中,例如:鍍鋁條時用多股螺旋絲,因為在高溫下鋁會與電阻絲(一般為鎢)形成合金而破壞鎢絲若用多股絞合做成則可延長鎢絲之壽命。工業生產機型多用BN-TiB2-AlN之複合導電材料來鍍鋁,其形狀如圖(f5)所示。 2.呈籃狀:如圖(b)所
5、示,將欲鍍物置於籃中材料可為昇華之塊狀材料。,3.呈蚊香狀:如圖(d)所示,將欲鍍物放入坩置於其下,一般為昇華材料。若材料會與電阻絲起作用,則可先在材料與電阻絲中放一陶瓷坩鍋,如圖(c)所示 (B)舟型:一般稱為船,可盛薄膜之材料。 1.呈小坑狀:如圖(e)所示,可放小量欲鍍物,如Au、Ag等。 2.呈槽狀:如圖(f1f5)所示,可放大量欲鍍物,如ZnS、MgF2、Ge、鋁條等。若材料加熱後會與熱阻舟起化學反應,則可加陶瓷內襯,如圖(g)所示。其中若材料會因熱而濺跳,則可加上有孔之蓋子,如圖(h1h3)所示,電阻加熱蒸發方式之優缺點: 優點: 1.製程簡單。 2.電源設備價格便宜。 3.蒸發源
6、形狀容易配合需要做成各種形式。 缺點: 1.由於需先加熱電阻片再傳熱給薄膜材料,因此電阻片多少會 與材料起作用,或引生雜質。此點雖可加隔化學性質穩定之陶瓷層,惟耗電量增加。 2.電片能加熱之溫度有限,對於高熔點之氧化物則大部分無法熔融蒸鍍。 3.蒸鍍速率有限。 4.材料若為化合物,則有被熱分解之可能。閃燃法可蒸鍍部分此類材料之薄膜。 5.膜質不硬,密度不高。,2電子束蒸發方式及蒸發源 電阻加熱方式中的膜料與蒸發源材料直接接觸兩者容易互混這對于半導體元件等鍍膜來說是需要避免的。電子束加熱方式能解決這個問題。它的蒸發源是e形電子槍(也有直射式和環形但由電子軌跡磁偏轉270而形成的e型槍應用最廣)由
7、電子發射源(通常是熱的鎢陰極作電子源)電子加速電源坩堝(通常是銅坩堝為陽極)磁場線圈冷卻水套等組成。膜料放入水冷銅坩堝中電子束自源發出用磁場線圈使電子束聚焦和偏轉對膜料進行轟擊和加熱。,電子束蒸發方式之優缺點: 優點: 1.因為電子束直接加熱在薄膜材料上,且一般裝此材料之坩鍋其鎗座都有水冷卻,因此會比電阻加熱法之污染較少,薄膜品質相對較高。 2.由於電子束可加速到很高能量,一些在熱電阻加熱法中不能蒸鍍的氧化膜,可利用此法蒸鍍。 3.可製作多個坩鍋裝放不同薄膜材料排成一圈,欲鍍時就旋轉至電子束撞擊位置,製備多層膜相當方便。 缺點: 1.若電子束及電子流控制不當會引起材料分解或游離,前者會造成吸收
8、,後者會造成基板累積電荷而形成膜面放電損傷。 2.對不同材料所需之電子束的大小及掃瞄方式不同,因此鍍膜過程中使用不同鍍膜材料時則必須重新調整。3.對於昇華材料或稍熔解即蒸發之材料(如SiO2及某些氟化物、化物等),需加大電子束之大小、掃瞄振幅與頻v,或將材料先壓製成塊,否則其蒸發速v及蒸發分佈不穩定,造成膜厚之不均勻性。,3高頻加熱方式及蒸發源 它是在高頻感應線圈中放入氧化鋁或石墨坩堝對膜材料進行高頻感應加熱。感應線圈通常用水冷銅管制造。此法主要用于鋁的大量蒸發。,高頻加熱方式之優缺點 優點: 1.由于高頻感應電流直接作用在蒸發材料上因此盛裝蒸發的 坩堝材料的溫度比較低坩堝材料不致造成薄膜污染
9、。 2.蒸發源的溫度均勻穩定不易產生蒸發料的飛濺現象。 3.蒸發速率大可比電阻蒸發源大10倍左右。 4.蒸發源一次裝料無需送料機構溫度控制比較容易。 缺點: 1.蒸發裝置必須屏蔽以防止射頻輻射。 2.需要較復雜和昂貴的高頻發生器。 3.如果線圈附近的壓強超過102Pa高頻電場就會產生氣體電 離使功耗增大,4 激光加熱方式及蒸發源 它是用激光照射在膜料表面使其加熱蒸發。由于不同材料吸收激光的波段范圍不同因而需要選用相應的激光器。例如SiO, ZnS, MgF2, TiO2, Al2O3, Si3N4等膜料宜采用二氧化碳連續激光(波長10.6m, 9.6m); Cr, W, Ti, Sb2S3 等
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