真空蒸发镀膜的蒸发源的种类及工作方式

2013-03-26 张以忱东北大学

　　蒸发源是用来加热膜材使之汽化蒸发的装置。目前所用的蒸发源主要有电阻加热、电子束加热、感应加热、电弧加热和激光加热等多种形式。

　　电阻加热式蒸发源：电阻式蒸发源简单、经济、可靠，可以做成不同的容量、形状并具有不同的电特性。

　　电子枪加热蒸发源：有时很多材料不能用电阻加热的形式蒸发，例如常用于可见光和近红外光学器件镀膜的绝缘材料。在这种情况下，必须采用电子束加热方式。电子束加热所用的电子枪有多种类型可供选择。多坩埚电子枪可采用一个源对多种材料进行蒸发，这种枪在镀制多层膜且膜层较薄的工艺中应用效果很好。当需要每种镀膜材料用量较大，或每个源都需要占用不同的位置时，可以选用单坩埚电子枪。电子枪所用电源的大小更多地取决于蒸发材料的导热性，而不是其蒸发温度。电源功率一般在4-10KW之间，对于大多数的绝缘材料，4KW就足够了，而如果想达到很高的沉积速率，或在一个很大的真空室内对导热材料进行蒸发时，则需要 10KW以上的更大功率的电源

　　电子束加热原理：电子束加热蒸发源是利用热阴极发射电子在电场作用下成为高能量密度的电子束直接轰击至镀料上。电子束的动能转化为热能，使镀料加热汽化，完成蒸发镀膜。

　　感应加热式蒸发源：利用高频电磁场感应加热膜材使其汽化蒸发的装置称为感应加热式蒸发源

　　感应加热式蒸发源具有如下特点：

　　1)蒸发速率大。在卷绕蒸镀膜中，当沉积铝膜厚度为40nm时，卷绕速度可达270m/min,比电阻加热式蒸发源高10倍左右。

　　2)蒸发源温度均匀稳定，不易产生液滴飞溅现象。可避免液滴沉积在薄膜上产生针孔缺陷，提高膜层质量。

　　3)蒸发源一次装料，无需送丝机构，温度控制比较容易，操作简单。

　　4)对膜材纯度要求略宽此，如一般真空感应加热式蒸发源用99.9%纯度的铝即可，而电阻加热式蒸发源要求铝的纯度为99.39%，因此膜材的生产成本也可降低。

　　5)坩埚温度较低，坩埚材料对膜导污染较少。

　　激光加热式蒸发源：激光束加热蒸发的原理是利用激光源发射的光子束的光能作为加热膜材的热源，使膜材吸热汽化蒸发，激光加热蒸发技术是真空蒸发镀膜工艺中的一项新技术。

　　电弧加热蒸发源：电弧加热蒸发源是在高真空下通过两导电材料制成的电极之间产生电弧放电，利用电弧高温使电极材料蒸发。

　　电弧源的形式有交流电弧放电、直流电弧放电和电子轰击电弧放电等形式。

　　电弧加热蒸发的优点是既可避免电阻加热法中存在的加热丝、坩埚与蒸发物质发生反应和污染问题，还可以蒸发高熔点的难熔材料。