Die thermische Verdampfung ist ein Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD). Dabei wird ein Material in einer Vakuumumgebung bis zu seinem Verdampfungspunkt erhitzt. Dadurch verdampft das Material und scheidet sich als dünner Film auf einem Substrat ab. Dieses Verfahren ist bekannt für seine Einfachheit, den geringen Energieverbrauch und die schonende Abscheidung. Die Energie der aufgedampften Teilchen liegt in der Regel bei 0,12 eV.
5 Schlüsselschritte der thermischen Verdampfung bei PVD
1. Erhitzen des Materials
Der Prozess beginnt mit der Erwärmung des Materials. Dies geschieht häufig mit einer Widerstandsheizquelle wie einem Wolframdraht oder einem Tiegel. Das Material wird erhitzt, bis es seinen Schmelzpunkt und dann seinen Verdampfungspunkt erreicht. In diesem Stadium beginnt es zu verdampfen.
2. Vakuumumgebung
Die thermische Verdampfung findet in einer Hochvakuumumgebung statt. Der Druck beträgt normalerweise weniger als 10^-5 Torr. Dieses Vakuum ist von entscheidender Bedeutung, da es sicherstellt, dass die mittlere freie Weglänge der verdampften Teilchen größer ist als der Abstand zwischen der Verdampfungsquelle und dem Substrat. Dadurch können sich die Teilchen ohne nennenswerte Kollisionen fortbewegen und ihre Richtung und Energie in Richtung des Substrats beibehalten.
3. Abscheidung auf dem Substrat
Das verdampfte Material wandert durch die Vakuumkammer und lagert sich auf einem Substrat ab, das sich über der Quelle befindet. Das Substrat kann in verschiedenen Abständen angebracht werden, in der Regel zwischen 200 mm und 1 Meter. Dies hängt von den spezifischen Anforderungen des Abscheidungsprozesses ab.
4. Energie der verdampften Teilchen
Die verdampften Teilchen haben eine Energie, die ihrer thermischen Energie entspricht. Diese beträgt in der Regel weniger als 1 eV. Dieses Verfahren mit niedriger Energie ist schonend und eignet sich für Materialien, die bei Abscheidungsverfahren mit höherer Energie beschädigt werden könnten.
5. Vorteile und Anwendungen
Die thermische Verdampfung wird wegen ihrer Einfachheit und geringen Kosten bevorzugt. Sie eignet sich besonders für die Abscheidung von Materialien, die einen hohen Dampfdruck aufweisen. Sie ist auch ideal für Anwendungen, bei denen hochreine und gleichmäßige Schichten erforderlich sind. Zu den üblichen Anwendungen gehört die Abscheidung von Metallschichten in der Elektronik und Optik.
Vergleich mit anderen PVD-Verfahren
Während die thermische Verdampfung eine einfache Methode ist, erfordern andere PVD-Verfahren wie das Sputtern und die Lichtbogenabscheidung Prozesse mit höherer Energie. Diese können zu unterschiedlichen Schichteigenschaften führen. Bei der Lichtbogenabscheidung können beispielsweise hoch ionisierte Partikel erzeugt werden, die die Haftung und Dichte der abgeschiedenen Schicht verbessern können.
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