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所謂真空鍍膜就是置待鍍材料和被鍍基板于真空室內(nèi),采用一定方法加熱待鍍材料,使之蒸發(fā)或升華,并飛行濺射到被鍍基板表面凝聚成膜的工藝。
一、鍍膜的方法及分類
在真空條件下成膜有很多優(yōu)點:可減少蒸發(fā)材料的原子、分子在飛向基板過程中于分子的碰撞,減少氣體中的活性分子和蒸發(fā)源材料間的化學(xué)反應(yīng)(如氧化等),以及減少成膜過程中氣體分子進入薄膜中成為雜質(zhì)的量,從而提供膜層的致密度、純度、沉積速率和與基板的附著力。通常真空蒸鍍要求成膜室內(nèi)壓力等于或低于10-2Pa,對于蒸發(fā)源與基板距離較遠和薄膜質(zhì)量要求很高的場合,則要求壓力更低。
主要分為一下幾類:
蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。
蒸發(fā)鍍膜:通過加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在固體表面,稱為蒸發(fā)鍍膜。這種方法早由M.法拉第于1857年提出,現(xiàn)代已成為常用鍍膜技術(shù)之一。
蒸發(fā)物質(zhì)如金屬、化合物等置于坩堝內(nèi)或掛在熱絲上作為蒸發(fā)源,待鍍工件,如金屬、陶瓷、塑料等基片置于坩堝前方。待系統(tǒng)抽至高真空后,加熱坩堝使其中的物質(zhì)蒸發(fā)。蒸發(fā)物質(zhì)的原子或分子以冷凝方式沉積在基片表面。薄膜厚度可由數(shù)百埃至數(shù)微米。膜厚決定于蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率和時間(或決定于裝料量),并與源和基片的距離有關(guān)。對于大面積鍍膜,常采用旋轉(zhuǎn)基片或多蒸發(fā)源的方式以保證膜層厚度的均勻性。從蒸發(fā)源到基片的距離應(yīng)小于蒸氣分子在殘余氣體中的平均自由程,以免蒸氣分子與殘氣分子碰撞引起化學(xué)作用。蒸氣分子平均動能約為0.1~0.2電子伏。
蒸發(fā)源有三種類型。①電阻加熱源:用難熔金屬如鎢、鉭制成舟箔或絲狀,通以電流,加熱在它上方的或置于坩堝中的蒸發(fā)物質(zhì)電阻加熱源主要用于蒸發(fā)Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。②高頻感應(yīng)加熱源:用高頻感應(yīng)電流加熱坩堝和蒸發(fā)物質(zhì)。③電子束加熱源:適用于蒸發(fā)溫度較高(不低于2000[618-1])的材料,即用電子束轟擊材料使其蒸發(fā)。
蒸發(fā)鍍膜與其他真空鍍膜方法相比,具有較高的沉積速率,可鍍制單質(zhì)和不易熱分解的化合物膜。
二、薄膜厚度的測量
隨著科技的進步和儀器的應(yīng)用,薄膜厚度測量方法有很多,按照測量的方式分可以分為兩類:直接測量和間接測量。直接測量指應(yīng)用測量儀器,通過接觸(或光接觸)直接感應(yīng)出薄膜的厚度。
常見的直接法測量有:螺旋測微法、輪廓掃描法(臺階法)、掃描電子顯微法(SEM);
間接測量指根據(jù)一定對應(yīng)的物理關(guān)系,將相關(guān)的物理量經(jīng)過計算轉(zhuǎn)化為薄膜的厚度,從而達到測量薄膜厚度的目的。
常見的間接法測量有:稱量法、電容法、電阻法、等厚干涉法、變角干涉法、橢圓偏振法。按照測量的原理可分為三類:稱量法、電學(xué)法、光學(xué)法。
常見的稱量法有:天平法、石英法、原子數(shù)測定法;
常見的電學(xué)法有:電阻法、電容法、渦流法;
常見的光學(xué)方法有:等厚干涉法、變角干涉法、光吸收法、橢圓偏振法。