Резистивное термическое испарение в вакууме

Все вещества в зависимости от температуры нагрева могут находиться в одном из трех фазовых (агрегатных) состояний: твердом, жидком или газообразном (парообразном

Условной, практически установленной температурой испарения считается температура, при которой давление насыщенного пара вещества составляет приблизительно 1,3 Па.

Некоторые вещества имеют температуру испарения ниже температуры плавления, те. они достаточно интенсивно испаряются из твердого состояния. Процесс перехода вещества из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу, называют сублимацией ( возгонкой).

Двигаясь от испарителя к подложке с энергией, молекула при столкновении с подложкой отдает ей часть своей энергии. Другую часть своей энергии молекула тратит на миграцию по поверхности подложки, теряя постепенно эту энергию и стремясь к тепловому равновесию с подложкой, в то же время миграция молекулы вдоль подложки происходит в потенциальном поле, рельеф которого характеризуется наличием "бугров" и "ям" и представляет собой распределение сил связи (сил Ван-дер-Ваальса) по поверхности подложки.

В процессе миграции возможны следующие результаты:

1) встретив на пути движения потенциальную "яму" (сильная связь с подложкой), молекула теряет избыток энергии и фиксируется на подложке (конденсируется), становясь центром кристаллизации;

2) встретив на пути движения потенциальный "бугор" (слабая связь с подложкой) и обладая достаточным избытком энергии, молекула покидает подложку (реиспарение);

3) встретив на пути движения другую мигрирующую молекулу, она вступает с ней в сильную (металлическую) связь, в результате чего подвижность группы и вероятность ее десорбции значительно падают. При достаточно крупном объединении молекул такая группа полностью теряет способность мигрировать и фиксируется на подложке, становясь центром кристаллизации.

Вокруг отдельных центров кристаллизации происходит рост кристаллов, которые впоследствии срастаются и образуют сплошную пленку. Повышение температуры подложки при прочих неизменных условиях увеличивает энергию адсорбированных молекул, повышается вероятность десорбции одиночных молекул в потенциальных "ямах". Таким образом, устойчивыми могут быть только крупные групповые образования молекул. При достаточно высокой температуре подложки (называемой критической) вероятность реиспарения становится равной единице и конденсации не происходит. С увеличением скорости испарения критическая температура подложки возрастает, возрастает вероятность возникновения мелкокристаллической пленки, вплоть до аморфной.

Процесс испарения и качество нанесенных пленок в значительной мере определяются типом и конструкцией испарителей, которые могут иметь резистивный или электронно-лучевой нагрев.од термическое испарение

Резистивным нагревом называют нагрев электропроводящего тела, обладающего высоким электрическим сопротивлением при прохождении через него электрического тока.

Достоинства резистивного нагрева - высокий КПД, низкая стоимость оборудования, безопасность в работе и малые габаритные размеры. Факторами, ограничивающими применение испарителей с резистивным нагревом являются возможность загрязнения наносимой пленки материалом нагревателя, а также

малый ресурс работы из-за старения (разрушения) нагревателя, что требует его периодической замены.

Испарители этого типа различных конструктивных вариантов могут быть с непосредственным или с косвенным нагревом испаряемого вещества.

Материалы, используемые для изготовления испарителей, должны отвечать следующим требованиям:

1) испаряемость материала испарителя при температуре испаряемого вещества должна быть пренебрежимо малой;

2) для хорошего теплового контакта материал испарителя должен хорошо смачиваться расплавленным испаряемым веществом;

3) между материалом испарителя и испаряемым веществом не должны происходить никакие химические реакции, так как это приводит к загрязнению наносимых пленок и разрушению испарителей.

В испарителях с непосредственным нагревом ток в несколько десятков ампер проходит непосредственно через испаряемый материал. Такой метод испарения может быть применен только для сублимирующихся материалов, т.е. металлов, температура плавления которых выше температуры испарения

Основное достоинство этих испарителей - отсутствие теплового контакта между их нагретыми элементами и испаряемым металлом, что обеспечивает высокую чистоту наносимой пленки. Однако они обеспечивают низкую скорость испарения, дают возможность испарять малое количество материала, который может быть использован только в виде ленты или проволоки, а также не позволяет испарять диэлектрики и большинство металлов.