Die thermische Verdampfung ist eine Methode der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), bei der ein Material durch Wärmeeinwirkung verdampft wird, das dann auf einem Substrat kondensiert und eine dünne Schicht bildet. Dieses Verfahren wird in der Regel in einer Hochvakuumumgebung durchgeführt, um Verunreinigungen zu vermeiden und die Reinheit der abgeschiedenen Schicht zu gewährleisten.
Zusammenfassung des thermischen Verdampfungsprozesses:
- Erhitzen des Materials: Das abzuscheidende Material wird in einen Tiegel oder eine Verdampfungsquelle gegeben und durch Widerstandsheizung auf seinen Schmelzpunkt erhitzt. Diese Erhitzung wird häufig durch das Durchleiten eines hohen elektrischen Stroms durch ein Schiffchen oder einen Korb aus einem feuerfesten Material erreicht.
- Verdampfung: Sobald das Material seinen Schmelzpunkt erreicht hat, beginnt es zu verdampfen. Der Dampfdruck des Materials steigt mit der Erwärmung an, so dass es in die Vakuumkammer verdampfen kann.
- Abscheidung auf dem Substrat: Das verdampfte Material bewegt sich aufgrund der Vakuumbedingungen in einer geraden Linie und kondensiert auf einem Substrat, wodurch ein dünner Film entsteht. Das Substrat wird in der Regel in einem bestimmten Abstand von der Verdampfungsquelle platziert, um die Dicke und Gleichmäßigkeit des Films zu steuern.
- Vakuumumgebung: Das Verfahren wird in einem Vakuum mit einem Druck von weniger als 10^-5 Torr durchgeführt, um die Anwesenheit von Gasmolekülen zu minimieren, die mit dem verdampften Material in Wechselwirkung treten und die Qualität der abgeschiedenen Schicht beeinträchtigen könnten.
Ausführliche Erläuterung:
- Heizmethode: Bei der thermischen Verdampfung wird eine Widerstandsheizung verwendet, die eine einfache und energiesparende Methode darstellt. Das Heizelement, häufig ein Wolfram- oder Tantalfaden, erwärmt das Material direkt. Diese Methode ist schonend und erzeugt verdampfte Teilchenenergien von etwa 0,12 eV, die sich für Materialien eignen, die empfindlich auf hohe Temperaturen oder energetischen Teilchenbeschuss reagieren.
- Auswahl des Materials: Dieses Verfahren wird häufig für die Abscheidung dünner Schichten aus Metallen und Legierungen verwendet, da es Schichten mit hoher Reinheit und guter Haftung auf dem Substrat erzeugt. Es wird auch für die Abscheidung von Materialien auf Kohlenstoffbasis in Anwendungen wie OLEDs verwendet.
- Vorteile und Anwendungen: Die thermische Verdampfung wird wegen ihrer Einfachheit, ihrer geringen Kosten und ihrer Fähigkeit, qualitativ hochwertige Schichten herzustellen, bevorzugt. Es wird in der Elektronikindustrie häufig für die Abscheidung von leitenden Schichten in Solarzellen, Transistoren und Halbleiterwafern verwendet.
- Vergleich mit anderen PVD-Verfahren: Im Gegensatz zur E-Beam-Verdampfung, bei der ein Strahl hochenergetischer Elektronen zur Verdampfung des Materials verwendet wird, beruht die thermische Verdampfung ausschließlich auf Wärme. Dieser Unterschied in den Heizmethoden wirkt sich auf die Energie der verdampften Partikel und die Arten von Materialien aus, die effektiv abgeschieden werden können.
Überprüfung und Berichtigung:
Die angegebenen Referenzen sind konsistent und bieten eine klare Erklärung des thermischen Verdampfungsprozesses. Es sind keine sachlichen Korrekturen erforderlich, da die Beschreibungen mit dem typischen Verständnis und der Funktionsweise der thermischen Verdampfung bei der PVD übereinstimmen.
