Die thermische Vakuumverdampfung ist ein Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), bei dem ein Material in einer Vakuumkammer erhitzt wird, bis es verdampft und dann auf einem Substrat kondensiert.
Mit diesem Verfahren werden dünne Materialschichten auf ein Substrat aufgebracht, in der Regel in einer kontrollierten Umgebung mit niedrigem Gasdruck, um sicherzustellen, dass das verdampfte Material das Substrat ohne Kollisionen erreicht.
Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Prozessaufbau
Das Verfahren beginnt mit einer Vakuumkammer, die in der Regel aus rostfreiem Stahl besteht.
In dieser Kammer befindet sich ein Tiegel oder Schiffchen aus feuerfestem Material wie Wolfram oder Molybdän.
Das abzuscheidende Material (Verdampfungsmaterial) wird in diesen Tiegel gegeben.
2. Erhitzung und Verdampfung
Das Material wird mit elektrischem Strom oder Elektronenstrahlen erhitzt.
Diese Erhitzung wird so lange fortgesetzt, bis die Atome an der Oberfläche des Materials genügend Energie gewinnen, um die Oberfläche zu verlassen und zu verdampfen.
Der Dampfdruck des Materials muss mindestens 10 mTorr erreichen, um eine wirksame Abscheidung zu ermöglichen.
3. Abscheidung im Vakuum
Die Vakuumumgebung ist von entscheidender Bedeutung, da sie sicherstellt, dass das verdampfte Material auf das Substrat gelangt, ohne mit Gasmolekülen zusammenzustoßen.
Der Druck in der Kammer wird auf einem Niveau gehalten, bei dem die mittlere freie Weglänge der verdampften Teilchen länger ist als der Abstand zwischen Quelle und Substrat, in der Regel zwischen 10^-5 und 10^-9 Torr.
4. Beschichtung des Substrats
Das verdampfte Material kondensiert auf dem Substrat und bildet einen dünnen Film.
Das Substrat befindet sich in der Regel über dem verdampfenden Material, und die Abscheidung erfolgt nach dem Prinzip der "Sichtlinie", d. h. der Dampf folgt einem direkten Weg von der Quelle zum Substrat.
5. Energie und Mikrostruktur
Da die Energie der auf die Substratoberfläche auftreffenden Ionen gering ist, wird das Substrat häufig auf eine hohe Temperatur erhitzt (ca. 250°C bis 350°C), um die Mikrostruktur der abgeschiedenen Schicht zu verändern, die sich erheblich vom Grundmaterial unterscheiden kann.
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