很容易理解,在镀膜技术中,一般涉及两种材料:待蒸发材料,也即镀膜材料、膜料、蒸发源材料;需镀膜的工件材料,即基板。

依据材料的蒸发特性,可将材料分为易升华材料、难升华材料和液态蒸发材料。真空蒸镀是先将工件放入真空室,并用一定的方法加热,然后使镀膜材料(膜料)蒸发或升华至工件表面凝聚成膜。膜料加热温度是根据膜料的熔点和饱和蒸汽压等参数来确定。蒸发镀膜装置中,关键的部分是蒸发源,它不仅起到提供热量使膜料气化蒸发的作用,而且还要起到支撑待蒸发材料作用,即作为容器。目前,蒸发源主要有电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热五大类。电阻式蒸发方式是应用泛、历史最久远的一种加热方式。如图1所示,电阻加热蒸发用到第三种材料:一般是采用制成片状、丝状、箔片、筐、碗等形状的高熔点低平衡蒸汽压的金属材料(如钨、钼、钽等)作为加热支撑材料(图示中的蒸发舟),待蒸发材料直接加热从而蒸发。我们生活的镜面反射铝膜就是用电阻加热蒸发技术制备的。

根据以上对电阻加热蒸发的描述,我们可知其蒸发温度有限(一般工作温度在1500~1900 ℃),难以满足蒸镀难溶金属和氧化物材料的需要;而且在高温下支撑材料与蒸发物之间有可能会发生反应,故而难以制备高纯度的薄膜。为了克服以上问题,电子束蒸发方式发展起来,如图2所示。

电子束蒸发是将蒸发材料放入冷水坩埚中,电子束在磁场作用下聚焦到蒸发源材料表面,实现对源材料的轰击,将电子的动能转换为源材料的热能,从而使蒸发材料熔融汽化并凝结在基板成膜。根据电子发射机制不同,电子枪可分为热阴极型(由难熔金属制成的灯丝发射热电子)和空心阴极型(由惰性气体电离形成的等离子体引出电子)两大类。电弧加热蒸发是通过两种导电材料制成的电极之间形成电弧,产生足够高的温度使电极材料蒸发沉积成薄膜。这种方式与电子束加热方式十分相似,但使用设备远比电子束加热装置简单,如图3所示,因为成本较低,可沉积高熔点难熔金属及其化合物薄膜、碳材料薄膜。

高频感应加热蒸发是将装有蒸发镀料的坩埚放在高频螺旋线圈的,蒸发材料在高频电磁场的感应下,产生强大的涡流损失和磁滞损失,致使蒸发镀料升温直至气化蒸发。蒸发源一般由水冷高频线圈和石墨或陶瓷(氧化镁、氧化铝等)坩埚组成。激光蒸发沉积是利用高功率的激光束作为能源进行薄膜的沉积,是高温超导薄膜、高温超导电子器件及铁电薄膜的制备的一项重要工艺。由于蒸发镀膜设备简单,膜的沉积速率较高,工艺易于控制,因而蒸发镀膜应用十分广泛。真空蒸发镀膜应用领域涉及到我们的衣食住行。其中蒸发镀铝膜应用最普及,我们平常生活中所见的玩具、灯饰、工艺品等塑料器件可蒸发镀铝变色美化。食品、香烟等包装用的都是蒸发镀铝的包装膜。织物上蒸发镀铝,可用于发射热的消防服。汽车后视镜、反光镜、汽车灯具反光镜已成为大的蒸发镀膜产业。
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