第三章-真空蒸镀

第三章：真空蒸镀第三章：真空蒸镀真空蒸镀薄膜沉积中的共性问题：超净室镀膜中的气泡是影响膜的特性和附着强度的最大障碍之一，灰尘是产生气泡的主要原因。

超净室＋超净真空室超净真空室：除尘，抽气时防止产生湍流。

薄膜沉积中的共性问题：超净室超净室，不能产生灰尘：1、油封机械泵所排出的气体要接到室外；2、用无皮带的直连泵或将泵装在室外；3、用塑料纸张或使用不产生灰尘的纸；4、不能用铅笔；人体污染：呼出气体中颗粒的污染距离0.6-1m ，打喷嚏的污染距离4~5m 。

主要是含有矿物质和盐如钠，钙，铁，镁，氯，铝，硫，钾，磷。

百级超净室：测试一立方英尺/分钟，0.5微米的尘小于100个大气中的尘埃粒子及其大小范围芯片特征尺寸和沾污控制物理气相沉积定义：物理气相沉积(Physical vapor deposition）是利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。

物理气相沉积特点（与CVD相比）(1) 需要使用固态的或者熔融态的物质作为蒸发源；(2) 源物质经过物理过程而进入气相；(3) 需要相对较低的气体压力环境；a) 其它气体分子对于气相分子的散射作用较小，b) 气相分子的运动路径近似为一条直线；c) 气相分子在衬底上的沉积几率接近100％。

(4) 在气相中及在衬底表面大多不发生化学反应。

真空蒸发原理定义：真空蒸发镀膜法（简称真空蒸镀）是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜的方法。

真空蒸发原理主要组成：(1) 真空室；(2) 蒸镀材料；(3) 激活源；(4) 衬底；(5) 其它：加热器、测温器等。

P≤10-6Torr薄膜形成“s-g-s”蒸发的基本过程（1）蒸发过程：通过能量转移，凝聚相→气相该阶段的主要作用因素：饱和蒸气压（2）输运过程：蒸气流在蒸发源与基片之间的飞行该阶段的主要作用因素：分子平均自由程（3）淀积过程：在衬底表面，凝聚→成核→核生长→连续薄膜。

真空蒸镀和溅射制膜是现代材料制备领域中常用的薄膜沉积工艺。

它们通过将材料加热至高温并在真空环境下进行薄膜沉积，可以制备出具有特定性能和特征的薄膜材料。

本文将对真空蒸镀和溅射制膜的原理进行详细介绍。

1. 真空蒸镀的原理真空蒸镀是一种将固态材料加热至其蒸发温度并在真空环境中进行沉积的工艺。

其原理如下：1) 加热源：真空蒸镀加热源通常为电阻加热或电子束加热。

当材料加热至其蒸发温度时，固态材料会逐渐转变为气态，形成蒸气。

2) 蒸镀材料：蒸镀材料通常以固态块状形式置于加热源附近，通过加热源使其升温并蒸发。

蒸镀材料的选择对于薄膜的成分和性能具有重要影响。

3) 沉积物质传输：蒸气在真空腔体中扩散并沉积到基底表面上，形成所需的薄膜。

沉积过程受到气体分子的影响，需要在高真空环境下进行以确保薄膜的纯净性和均匀性。

4) 控制薄膜厚度：通过控制蒸镀时间和材料的蒸发速率，可以实现对薄膜厚度的精确控制。

旋转或倾斜基底也可影响薄膜的均匀性和结构。

2. 溅射制膜的原理溅射制膜是一种利用离子轰击固体材料表面，将其溅射成粒子并沉积在基底表面上的工艺。

其原理如下：1) 离子轰击：在真空环境中，通过加速器使惰性气体（如氩气）成为离子，并将其加速至高能量。

这些离子以高速撞击固体材料表面，将固体材料溅射成细小粒子。

2) 溅射材料：溅射材料通常为固态块状形式，其固体材料会被离子轰击成粒子，并在基底表面上形成薄膜。

3) 质量选择：通过选择离子轰击的惰性气体、溅射材料的种类和形状，可以实现对薄膜成分和结构的调控。

不同的溅射条件可以实现对薄膜的特定性能要求。

4) 控制薄膜厚度：通过控制溅射时间和离子轰击能量，可以实现对薄膜厚度的精确控制。

旋转或倾斜基底也可影响薄膜的均匀性和结构。

3. 比较与应用真空蒸镀和溅射制膜是两种常用的薄膜沉积工艺，在各自领域具有独特的优势和应用。

真空蒸镀工艺适用于加热蒸发易挥发材料的制备，例如金属薄膜和氧化物薄膜的制备。

溅射制膜工艺适用于制备高纯度金属薄膜、合金薄膜和复合薄膜等。

真空蒸镀法真空蒸镀法是一种广泛应用于表面处理领域的技术。

它是利用真空环境下的热蒸发、电子轰击等物理过程，将金属、合金等材料蒸发成气态，沉积在基材表面形成一层薄膜的过程。

这种技术可用于制备金属、合金、氧化物、硅、钻石等材料的薄膜，具有广泛的应用前景。

一、真空蒸镀法的工艺流程真空蒸镀法的工艺流程主要包括以下几个步骤：1、基材处理。

在进行蒸镀前，需要对基材进行表面处理，以保证薄膜的附着力和均匀性。

表面处理通常包括机械抛光、化学处理等。

2、真空系统抽真空。

在进行蒸镀过程前，需要将真空腔体内的气体抽出，以保证真空度能够满足蒸镀要求。

真空度的大小对蒸镀薄膜的质量和均匀性有着重要的影响。

3、材料蒸发。

在真空腔体内加热材料，使其蒸发成气态，然后通过控制蒸发速率和蒸发时间，将其沉积在基材表面。

4、薄膜成型。

蒸镀过程中，材料沉积在基材表面形成一层薄膜。

薄膜的厚度、成分和结构等可以通过调节蒸发速率、蒸发角度、沉积时间等参数来控制。

5、退火处理。

薄膜沉积后需要进行退火处理，以提高薄膜的致密性和结晶度，从而提高其物理性能和化学稳定性。

二、真空蒸镀法的应用真空蒸镀法在现代工业中具有广泛的应用。

以下是一些常见的应用领域：1、光学薄膜。

真空蒸镀法可用于制备光学薄膜，如反射镜、滤光片、透镜等，具有优异的光学性能。

2、电子器件。

真空蒸镀法可用于制备电子器件，如集成电路、显示器件等，其中金属、合金薄膜可用作电极、导体等。

3、防腐蚀涂层。

真空蒸镀法可用于制备防腐蚀涂层，如金属氧化物薄膜、合金薄膜等，具有优异的耐腐蚀性。

4、装饰涂层。

真空蒸镀法可用于制备装饰涂层，如金属薄膜、合金薄膜等，具有良好的装饰效果和耐久性。

5、生物医学材料。

真空蒸镀法可用于制备生物医学材料，如人工关节、牙科材料等，其中金属、合金薄膜可用作植入物表面涂层，具有良好的生物相容性。

三、真空蒸镀法的优缺点真空蒸镀法作为一种表面处理技术，具有以下优缺点：1、优点：（1）可制备高质量、高纯度的薄膜。

真空蒸镀原理真空蒸镀原理是一种常用的表面处理技术，广泛应用于电子、光学、装饰、汽车等行业。

它通过在真空环境中利用物理气相沉积的原理，将金属、合金等材料以薄膜的形式沉积到基材上，从而改变基材的表面性质和外观。

真空蒸镀原理的核心在于利用高温电子束或热阴极电子束激发金属靶材产生蒸发，蒸发的金属原子经过碰撞和扩散作用，最终沉积在基材的表面上。

整个过程需要在高度真空的环境中进行，以防止金属原子与空气中的氧化物发生反应。

将待蒸镀的基材放置在真空腔室内，通过抽气系统排除腔室内的气体，形成高度真空的环境。

然后，加热金属靶材，使其达到蒸发温度。

金属靶材可以是纯金属或合金材料，根据需要选择不同的靶材。

当金属靶材被加热到蒸发温度时，靶材表面的金属原子会蒸发，形成金属蒸汽。

这些蒸汽会在真空腔室中扩散和碰撞，最终沉积在待蒸镀基材的表面上。

蒸发的金属原子在扩散过程中会与气体分子或其他金属原子发生碰撞，使其能量减小，最终停在基材表面。

为了控制蒸镀过程中沉积膜的厚度和均匀性，通常还会在真空腔室中设置补偿装置，如旋转装置或磁控溅射装置。

这些装置可以使靶材或基材相对运动，使得蒸镀过程更加均匀，从而获得均匀的沉积膜。

除了金属靶材，有时还可以加入其他材料，如氮、氧等气体，以控制蒸镀膜的成分和性质。

例如，加入氮气可以制备金属氮化物膜，加入氧气可以制备金属氧化物膜。

通过调节气体的流量和腔室压力，可以控制沉积膜的成分和性质。

在真空蒸镀过程中，还需要注意一些问题。

首先，由于蒸镀过程需要在高度真空的环境中进行，所以需要保证真空系统的密封性，以防气体泄漏进入腔室。

其次，蒸镀前需要对基材进行表面处理，以提高膜的附着力。

常用的表面处理方法包括清洗、抛光、溶液处理等。

真空蒸镀原理是一种常用的表面处理技术，通过在高度真空的环境中利用物理气相沉积的原理，将金属、合金等材料以薄膜的形式沉积到基材上。

它广泛应用于电子、光学、装饰、汽车等行业，可以改变基材的表面性质和外观，提高产品的质量和附加值。

OLED真空蒸镀一、基本知识真空蒸镀：真空中通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使被蒸材料蒸发成原子或分子，它们随即以较大的自由程作直线运动，碰撞基片表面而凝结，形成薄膜。

所以要求镀膜室里残余分子的自由程大于蒸发源到基片的距离，保证镀膜的纯净和牢固。

真空测量工具：测量真空的装置称为真空规，常用的热偶真空规和电离真空规。

热偶真空规可以测量0.1～10Pa的压强，利用低压下气体的热传导与压强成正比的原理；电离真空规利用电子与气体分子碰撞产生电离电流随压强变化的原理制成，可测量范围是10－1～10－6Pa。

注意，电离真空规必须在0.1Pa以下使用，否则会损坏装置。

真空膜层检测系统：石英芯片微量天平系统（QCM），其工作原理为蒸镀过程中随着材料的蒸发，石英芯片质量增加，从而改变石英芯片的固有振荡周期，将石英振荡器组装到振荡回路中使薄膜质量的变化作为频率的变化读出。

二、蒸镀设备简介功能：实现有机膜层的蒸镀和无机膜层的蒸镀。

工作原理：利用电阻产生热能，将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在基片表面析出的过程。

OLED蒸镀分为有机材料蒸镀和无机蒸镀，有机材料蒸镀：在高真空腔室中设有多个放置有机材料的蒸发源，加热蒸发源蒸镀有机材料，并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。

ITO玻璃基板放置在样品托架上，其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案；无机蒸镀：在有机材料薄膜蒸镀完成后进行蒸镀，用于金属电极蒸镀的源通常采用钼、钽和钨等材料制作，以便用于不同的金属电极蒸镀(主要是防止舟金属与蒸镀金属发生化学反应)。

从如下两方面——蒸镀系统和其系统功能的描述对蒸镀设备系统进行简要概括。

（一）蒸镀系统蒸镀系统结构包括：操作接口、Infeed Load/Lock传输腔体、Plasma真空腔体、有机蒸镀真空腔体、金属蒸镀真空腔体、材料蒸镀控制柜、手套箱、气体循环系统。

1、操作接口控制软件的各操作接口与设备各组成部分一一对应，以控制设备的相应气阀及机动操作。

图1-1 真空蒸发镀膜原理示意图 真空蒸镀真空蒸镀法（简称真空蒸镀）是在真空室中，加热蒸发器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到基体表面，凝结形成固态薄膜的方法。

由于真空蒸镀法主要物理过程是通过加热蒸发材料而产生，所以又称热蒸发法。

采用这种方法制造薄膜，已有几十年的历史，用途十分广泛。

介绍蒸发原理、蒸发源的发射特性、膜厚测量与有关蒸发的工艺技术。

§1—1真空蒸发原理真空蒸镀的特点、原理与过程真空蒸镀设备比较简单、操作容易；制成的薄膜纯度高、质量好，厚度可较准确控制；成膜速率快、效率高，用掩模可以获得清晰图形；薄膜的生长机理比较单纯。

主要缺点是，不容易获得结晶结构的薄膜，所形成薄膜在基板上的附着力较小，工艺重复性不够好等。

图1-1为真空蒸镀原理示意图。

主要部分有：（1）真空室，为蒸发过程提供必要的真空环境；（2）蒸发源或蒸发加热器，放置蒸发材料并对其进行加热；（3）基板，用于接收蒸发物质并在其表面形成固态蒸发薄膜；（4）基板加热器及测温器等。

真空蒸镀包括以下三个基本过程：（1）加热蒸发过程。

包括由凝聚相转变为气相的相变过程。

每种蒸发物质在不同温度时有不相同的饱和蒸气压；蒸发化合物时，其组分之间发生反应，其中有些组分以气态或蒸气进入蒸发空间。

（2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输支，即这些粒子在环境气氛中的飞行过程。

（3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，即是蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。

上述过程都必须在空气非常稀薄的真空环境中进行。

否则，蒸发物原子或分子将与大量空气分子碰撞，使膜层受到严重污染，甚至形成氧化物；或者蒸发源被加热氧化烧毁；或者由于空气分子的碰撞阻挡，难以形成均匀连续的薄膜。

§1-2 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布在真空蒸镀过程中，能否在基板上获得均匀膜厚，是制膜的关键问题。

基板上不同蒸发位置的膜厚，取决于蒸发源的蒸发特性、基板与蒸发源的几何形状、相对位置以及蒸发物质的蒸发量。