|
(l)真空度 理想条件下希望尽量减少蒸气原子与气体分子间的碰撞，使它们到达基体表面后有足够的能量进行扩散、迁移，形成致密的高纯膜，提高成膜质量。因此要保证蒸镀前有较高的真空度，否则，蒸气原子与气体分子间发生碰撞而损失能量，到达基体后易形成粗大的岛状晶核，使镀膜组织粗大，致密度下降，膜表面粗糙，成膜质量降低。一般真空蒸镀中真空度要达到10-2一l0-4 Pa。 若从蒸发源到基体的距离为L，为使从蒸发源出来的膜料分子（或原子）大部分不与残余气体发生碰撞而直接到达基体表面，根据分子动力学理论，很容易导出蒸镀室的压强Pr要满足如下条件 式(5.8)可以用来确定蒸镀时的起始真空度。为了确保镀膜质量，最好在比起始真空度低1～2个数量级的环境中进行镀膜。应该指出，总压强Pr确定后，对镀膜室内的残余气体中的水蒸气和氧的分压强也有一定的要求，否则薄膜的质量仍难以保证。 (2)基体表面状态 基体表面清洁度、温度以及表面的晶体结构均影响蒸镀过程。 ①表面清洁度：油膜、乙醇类物质会污染膜且使结合力显著降低。 ②表面温度：基体温度低有利于膜的凝聚形成，但不利于提高膜与基体间的结合力。基体表面湿度适当升高时，使膜与基体间形成一层薄的扩散层，以增大膜对基体的附着力，同时也提高膜的密度；实际蒸镀时，基体表面温度的确定一般取决于蒸发源物质的熔点。 ③基体表面的晶体结构：基体为单晶体，镀膜也会沿原晶面成长为单晶膜。 (3)蒸发温度 蒸发温度直接影响成膜速率和成膜质量，通常将蒸发物质加热，使其平衡蒸气压达到几帕以上，这时的温度定义为蒸发温度。根据热力学中Clasius - Clapeyran公式，材料的蒸气压p与温度T之间的关系可近似表示为 式中 A、B――分别为与材料性质有关的常数，可直接由实验确定，或查阅有关文献获得； T一热力学温度，K； p――材料的蒸气压，kPa。 (4)蒸发和凝结速率 纯金属或者单质元素的蒸发和凝结速率的情况最为简单，根据气体分子动力学理论和统计物理学知识，可以分别计算单位时间内由单位表面上蒸发或凝结的分子数Nv和Nc
式中 ni-蒸发膜料物质的分子密度； n1-蒸发面附近气相分子密度； k――波尔兹曼常数； m――-个蒸发分子的质量； T―一温度； q――每个分子的气化热，其值为 Vg――为分子的逸出速度。 如果蒸发和凝结两个过程处于动态平衡，则Nv=Nc，即单位时间内从单位面积蒸发的分子数应该等于凝结的分子数。因此，可以把蒸发速率等效为单位时间从空间碰撞到单位面积液面（或固面）并凝结的分子数。 若用单位时间内从单位面积蒸发的质量即质量蒸发速率Nm来表示蒸发速率，考虑到碰撞到液面或固面的分子只有部分凝结，因此引入系数α（α<1），则有 引入气体的状态方程p=nkT后，可得 带人常数项得 式中 Nm――质量蒸发速率，kg( m2・s)； p-温度T时该单质靶料的饱和蒸气压，Pa; M一摩尔质量； T一蒸发温度，K； R――普适气体常数。 式(5.14)说明，蒸发速率与蒸气压的温度之间密切相关。由式(5.9)可知，蒸发物质的饱和蒸气压随温度的变化丽成指数变化。当温度变化10%时，饱和蒸气压要变化大约一个数量级。因此，控制蒸发速率的关键在于精确控制蒸发温度。 合金薄膜的制备一般通过蒸发合金或化合物材料获得。在同一蒸发温度下，合金中各元素的蒸气压不同，因此蒸发速率也不同，会产生分馏现象，往往得不到所希望比例成分的合金或化合物膜。根据合金热力学，两种或者两种以上组元的合金遵守分压定律、拉乌尔( Laoult)定律和亨利(Henry)定律，对于理想溶液，总的蒸气压为
利用式(5.14)，可得到合金中各组分的蒸发速率为 式中 Pi0――合金元素i单独存在且在温度为T时的饱和蒸气压； Mi-组元i的摩尔质量； ri-组元i在合金中的摩尔分数； Si――组元i的活度系数，Si是ri的函数，由实验测定。 据式(5.16)，当蒸镀两种或两种以上元素组成的合金或化合物原料时，未必能够获得与原料相同成分的薄膜。因此，当用蒸镀法制备预定成分的合金或化合物薄膜时，需对蒸发源进行改进，如采用瞬间蒸镀法和双（多）蒸发源等。式(5.16)也常用来估计合金的分馏程度。 (5)基体表面与蒸发源的空间关系 蒸镀膜的厚度分布由蒸发源与基体表面的相对位置以及蒸发源的分布特性决定。以点蒸发源为例，基体表面为一平面时，由于平面各处距蒸发源的距离不同，会出现膜厚不均匀的现象。故一般都应使工件旋转，尽可能使工件表面各点处与点蒸发源的距离相等或相近。 |
|
|
来自： 新用户2840hUvV > 《待分类》
