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真空鍍膜過程均勻性

發布時間:2022-08-09瀏覽次數:載入中...
真空鍍膜過程非常復雜,由于鍍膜原理的不同分為很多種類,因為都需要高真空度而擁有統一名稱。所以對于不同原理的真空鍍膜,影響均勻性的因素也不盡相同。  并且均勻性這個概念本身也會隨著鍍膜尺度和薄膜成分而有著不同的意義。       



薄膜均勻性的概念:      



1.厚度上的均勻性,也可以理解為粗糙度,在光學薄膜的尺度上看(也就是1/10波長作為單位,約為100A),真空鍍膜的均勻性已經相當好,可以輕松將粗糙度控制在可見光波長的1/10范圍內,也就是說對于薄膜的光學特性來說,真空鍍膜沒有任何障礙。  但是如果是指原子層尺度上的均勻度,也就是說要實現10A甚至1A的表面平整,是現在真空鍍膜中主要的技術含量與技術瓶頸所在,具體控制因素下面會根據不同鍍膜給出詳細解釋。     

  2.化學組分上的均勻性:  就是說在薄膜中,化合物的原子組分會由于尺度過小而很容易的產生不均勻特性,SiTiO3薄膜,如果鍍膜過程不科學,那么實際表面的組分并不是SiTiO3,而可能是其他的比例,鍍的膜并非是想要的膜的化學成分,這也是真空鍍膜的技術含量所在。  具體因素也在下面給出。       

3.晶格有序度的均勻性:  這決定了薄膜是單晶,多晶,非晶,是真空鍍膜技術中的熱點問題,具體見下。       主要分類有兩個大種類:  蒸發沉積鍍膜和濺射沉積鍍膜,具體則包括很多種類,包括真空離子蒸發,磁控濺射,MBE分子束外延,溶膠凝膠法等等   一、對于蒸發鍍膜:       一般是加熱靶材使表面組分以原子團或離子形式被蒸發出來,并且沉降在基片表面,通過成膜過程(散點-島狀結構-迷走結構-層狀生長)形成薄膜。      





 厚度均勻性主要取決于: 



1、基片材料與靶材的晶格匹配程度     
2、基片表面溫度       
3、蒸發功率,速率       
4、真空度       
5、鍍膜時間,厚度大小。       


組分均勻性:

       

蒸發鍍膜組分均勻性不是很容易保證,具體可以調控的因素同上,但是由于原理所限,對于非單一組分鍍膜,蒸發鍍膜的組分均勻性不好。       

晶向均勻性:       

1、晶格匹配度       

2、基片溫度       

3、蒸發速率   



二、.對于濺射類鍍膜,可以簡單理解為利用電子或高能激光轟擊靶材,并使表面組分以原子團或離子形式被濺射出來,并且沉積在基片表面,經歷成膜過程,形成薄膜。  濺射鍍膜又分為很多種,總體看,與蒸發鍍膜的不同點在于濺射速率將成為主要參數之一。  濺射鍍膜中的激光濺射鍍膜pld,組分均勻性容易保持,而原子尺度的厚度均勻性相對較差(因為是脈沖濺射),晶向(外沿)生長的控制也比較一般。以pld為例,因素主要有:靶材與基片的晶格匹配程度、鍍膜氛圍(低壓氣體氛圍)、基片溫度  、激光器功率、脈沖頻率、濺射時間  。對于不同的濺射材料和基片,參數需要實驗確定,是各不相同的,鍍膜設備的好壞主要在于能否精確控溫,能否保證好的真空度,能否保證好的真空腔清潔度。MBE分子束外沿鍍膜技術,已經比較好的解決了如上所屬的問題,但是基本用于實驗研究,工業生產上比較常用的一體式鍍膜機主要以離子蒸發鍍膜和磁控濺射鍍膜為主。
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