Die thermische Verdampfung ist eine weit verbreitete Technik bei der Abscheidung von Dünnschichten, und die Wahl der Materialien sowohl für die Quelle als auch für die abgeschiedenen Schichten ist entscheidend. Bei den Materialien, die in Quellen für die thermische Verdampfung verwendet werden, handelt es sich in der Regel um hochschmelzende Metalle wie Wolfram, Tantal und Molybdän, die in verschiedenen Formen wie Schiffchen, Körben, Fäden und beschichteten Stäben hergestellt werden. Diese Materialien werden aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt, hohen Temperaturen standzuhalten, ohne sich zu zersetzen. Andererseits können die zu verdampfenden Materialien von reinen Metallen wie Gold, Silber und Titan bis zu Nichtmetallen, Legierungen und Verbindungen wie Siliziumdioxid, Oxiden und Nitriden reichen. Die Vielseitigkeit der thermischen Verdampfung ermöglicht die Abscheidung einer breiten Palette von Materialien, was sie zu einer wertvollen Technik für zahlreiche Anwendungen macht.
Die wichtigsten Punkte werden erklärt:
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Für thermische Verdampfungsquellen verwendete Materialien:
- Wolfram: Ein Metall mit hohem Schmelzpunkt (3422°C), das häufig in thermischen Verdampfungsquellen verwendet wird. Aufgrund seiner hervorragenden thermischen Stabilität und Verformungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen wird es häufig zu Schiffchen, Fäden oder Körben verarbeitet.
- Tantal: Ein weiteres Material mit hohem Schmelzpunkt (3017°C), das in Verdampfungsquellen verwendet wird. Es ist besonders nützlich für die Verdampfung von Materialien, die sehr hohe Temperaturen erfordern.
- Molybdän: Mit einem Schmelzpunkt von 2623°C ist Molybdän ebenfalls eine beliebte Wahl für Verdampfungsquellen. Es wird häufig in Form von beschichteten Stäben oder Fäden verwendet.
Diese Materialien werden ausgewählt, weil sie den für die thermische Verdampfung erforderlichen extremen Temperaturen standhalten können, ohne zu schmelzen oder mit den zu verdampfenden Materialien zu reagieren.
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Formen von thermischen Verdunstungsquellen:
- Boote: Diese bestehen in der Regel aus Wolfram oder Tantal und dienen zur Aufnahme des zu verdampfenden Materials. Sie werden direkt erhitzt, indem ein elektrischer Strom durch sie geleitet wird.
- Körbe: Diese bestehen häufig aus Wolfram oder Molybdän und dienen als Träger für Tiegel, die das zu verdampfende Material enthalten.
- Filamente: Es handelt sich um dünne Drähte aus Wolfram oder Molybdän, die zum Verdampfen von Materialien durch Widerstandserhitzung verwendet werden.
- Beschichtete Stäbe: Dies sind Stäbe, die mit dem zu verdampfenden Material beschichtet sind. Der Stab wird erhitzt, wodurch die Beschichtung verdampft.
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Verdampfte Materialien:
- Metalle: Bei der thermischen Verdampfung werden häufig Metalle wie Gold, Silber, Titan, Chrom und Aluminium verwendet. Diese Metalle werden aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften, wie Leitfähigkeit, Reflexionsvermögen oder Haftung, ausgewählt.
- Nicht-Metalle: Materialien wie Germanium (Ge) und Siliziumdioxid (SiO₂) können ebenfalls aufgedampft werden. Sie werden häufig für Anwendungen verwendet, die besondere optische oder elektrische Eigenschaften erfordern.
- Legierungen: Einige Anwendungen erfordern die Verdampfung von Legierungen, was aufgrund der unterschiedlichen Verdampfungsraten der einzelnen Elemente eine größere Herausforderung darstellen kann.
- Verbindungen: Oxide (z. B. SiO₂) und Nitride können ebenfalls verdampft werden. Diese Materialien werden häufig für Anwendungen verwendet, die besondere chemische oder mechanische Eigenschaften erfordern.
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Überlegungen zur Materialauswahl:
- Schmelzpunkt: Das zu verdampfende Material muss einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als das Ausgangsmaterial, um sicherzustellen, dass es verdampft, bevor sich das Ausgangsmaterial zersetzt.
- Reinheit: Häufig sind hochreine Materialien erforderlich, um eine Verunreinigung der abgeschiedenen Schicht zu vermeiden.
- Kompatibilität: Das Ausgangsmaterial muss mit dem zu verdampfenden Material chemisch kompatibel sein, um unerwünschte Reaktionen zu vermeiden.
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Anwendungen der thermischen Verdampfung:
- Optische Beschichtungen: Materialien wie Gold und Silber werden häufig für reflektierende Beschichtungen in optischen Anwendungen verwendet.
- Elektronische Geräte: Metalle wie Aluminium und Chrom werden bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen verwendet.
- Schützende Beschichtungen: Materialien wie Titan und Siliziumdioxid werden verwendet, um Schutzschichten auf verschiedenen Substraten zu erzeugen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in thermischen Verdampfungsquellen verwendeten Materialien in erster Linie hochschmelzende Metalle wie Wolfram, Tantal und Molybdän sind, die in verschiedenen Formen hergestellt werden, um die zu verdampfenden Materialien aufzunehmen und zu erhitzen. Die zu verdampfenden Materialien können von reinen Metallen bis zu Nichtmetallen, Legierungen und Verbindungen reichen, je nach den gewünschten Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht. Die Auswahl der Materialien ist entscheidend für den Erfolg des thermischen Verdampfungsprozesses, wobei Überlegungen wie Schmelzpunkt, Reinheit und Kompatibilität eine wichtige Rolle spielen.
Zusammenfassende Tabelle:
| Kategorie | Materialien | Wichtige Eigenschaften |
|---|---|---|
| Quelle Materialien | Wolfram (3422°C), Tantal (3017°C), Molybdän (2623°C) | Hoher Schmelzpunkt, thermische Stabilität, Beständigkeit gegen Verformung |
| Formen von Quellen | Boote, Körbe, Filamente, beschichtete Stangen | Entwickelt zum Halten und Erwärmen von Materialien während der Verdampfung |
| Verdampfte Materialien | Metalle (Gold, Silber, Titan), Nichtmetalle (SiO₂), Legierungen, Verbindungen | Ausgewählt nach Leitfähigkeit, Reflexionsvermögen, Haftung oder spezifischen optischen/chemischen Eigenschaften |
| Anwendungen | Optische Beschichtungen, elektronische Geräte, Schutzschichten | Vielseitiger Einsatz in verschiedenen Branchen |
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