Bei der thermischen Verdampfung handelt es sich um ein PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition), bei dem ein Material in einer Hochvakuumumgebung erhitzt wird, bis es verdampft, und der Dampf sich dann auf einem Substrat ablagert, um eine dünne Schicht zu bilden. Dieses Verfahren ist für seine Einfachheit und Effizienz bekannt, was es zu einer beliebten Wahl für verschiedene Anwendungen macht.
Details zum Verfahren:
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Erhitzen des Materials: Das zu verdampfende Material wird in einem Widerstandsschiff oder Tiegel in einer Vakuumkammer platziert. Es wird entweder elektrisch durch Joule-Erwärmung oder durch Verwendung eines Materials mit einem höheren Schmelzpunkt als Behälter erhitzt. Die Erhitzung wird so lange fortgesetzt, bis das Material seinen Verdampfungspunkt erreicht, an dem seine Oberflächenatome genügend Energie gewinnen, um die Oberfläche zu verlassen.
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Verdampfung und Abscheidung: Sobald das Material verdampft ist, wandern die Dampfmoleküle durch die Vakuumkammer. Die Vakuumumgebung sorgt dafür, dass sich die Moleküle bewegen können, ohne mit anderen Teilchen zusammenzustoßen, und ihre Richtung und Energie (normalerweise weniger als 1 eV) beibehalten. Die mittlere freie Weglänge in der Kammer muss größer sein als der Abstand zwischen der Verdampfungsquelle und dem Substrat, das in der Regel bei einem Druck von 3,0 x 10^-4 Torr oder weniger gehalten wird.
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Bildung eines dünnen Films: Die Dampfmoleküle lagern sich auf einem Substrat ab, das sich oberhalb der Quelle befindet. Das Substrat kann in verschiedenen Abständen angebracht werden, in der Regel zwischen 200 mm und 1 Meter. Wenn die Moleküle das Substrat erreichen, keimen sie und bilden eine dünne Schicht. Dieses Verfahren eignet sich für eine breite Palette von Materialien, darunter Metalle wie Aluminium, Silber, Nickel und andere.
Anwendungen und Überlegungen:
- Einfachheit und Vielseitigkeit: Die thermische Verdampfung wird wegen ihrer einfachen Handhabung und der Möglichkeit, verschiedene Materialien aufzubringen, bevorzugt. Es ist besonders nützlich für Anwendungen, die dünne Schichten auf Substraten erfordern.
- Vakuum-Anforderungen: Die Vakuumumgebung ist entscheidend, um Kollisionen von Dampfmolekülen mit anderen Partikeln zu verhindern und einen sauberen und effizienten Abscheidungsprozess zu gewährleisten. Der Druck in der Kammer wird so aufrechterhalten, dass die mittlere freie Weglänge größer ist als der Abstand zum Substrat, wodurch der Abscheidungsprozess optimiert wird.
- Erweiterungen: In einigen Anlagen kann gleichzeitig eine Ionenstrahlquelle eingesetzt werden, um die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht zu verändern, z. B. ihre Dichte zu erhöhen oder andere Merkmale zu verändern.
Schlussfolgerung:
Die thermische Verdampfung ist ein grundlegendes PVD-Verfahren, das sich die Prinzipien der Verdampfung und Kondensation zunutze macht, um dünne Schichten auf Substraten abzuscheiden. Ihre Einfachheit in Verbindung mit der Möglichkeit, mit einer Vielzahl von Materialien zu arbeiten, macht sie zu einer vielseitigen und weit verbreiteten Methode im Bereich der Materialwissenschaft und Technik.
