التبخر المقاوم

التبخير الفراغي، أو ما يُسمى بالتبخير، هو عملية تبخير مادة الطلاء (أو مادة الغشاء) وتبخيرها باستخدام طريقة تسخين وتبخير معينة في ظل ظروف الفراغ، حيث تطير الجسيمات إلى سطح الركيزة لتكوين غشاء. يُعد التبخير من أقدم تقنيات الترسيب البخاري وأكثرها استخدامًا، ويتميز بسهولة تشكيل الغشاء، ونقاء الطبقة الرقيقة وكثافتها العالية، وبنية وأداء غشاء فريدين.

تتضمن العملية الفيزيائية للتبخر: تبخر أو تسامي المادة المترسبة إلى جزيئات غازية→ النقل السريع للجزيئات الغازية من مصدر التبخر إلى سطح الركيزة→ تلتصق الجزيئات الغازية بسطح الركيزة لتكوين النواة، أو تنمو إلى فيلم صلب→ إعادة تشكيل ذرات الفيلم الرقيق أو إنتاج رابطة كيميائية.

توضع المادة الأساسية في حجرة مفرغة من الهواء، وتُسخّن باستخدام المقاومة، وشعاع الإلكترون، والليزر، وغيرها من الطرق لتبخير أو تسامي مادة الغشاء، وتحويلها إلى جسيمات (ذرات، جزيئات، أو مجموعات) بطاقة محددة (0.1~0.3 إلكترون فولت). تنتقل الجسيمات الغازية إلى المادة الأساسية في حركة خطية خالية من التصادمات، حيث تنعكس بعض الجسيمات التي تصل إلى سطح المادة الأساسية، بينما يُمتَص الجزء الآخر على المادة الأساسية وينتشر على سطحها، مما يؤدي إلى تصادمات ثنائية الأبعاد بين الذرات المترسبة لتكوين مجموعات، وقد يبقى بعضها على السطح لفترة قصيرة ثم يتبخر. تصطدم مجموعات الجسيمات باستمرار بجسيمات منتشرة، إما عن طريق الامتزاز أو إصدار جسيمات مفردة. تتكرر هذه العملية مرارا وتكرارا، وعندما يتجاوز عدد الجسيمات المتجمعة قيمة حرجة معينة، تصبح نواة مستقرة، ثم تستمر في امتصاص الجسيمات ونشرها وتنمو تدريجيا، وأخيرا تشكل طبقة رقيقة مستمرة من خلال الاتصال واندماج النوى المستقرة المجاورة.

ضغط بخار التشبع (PV): هو الضغط الذي يتوازن عنده بخار المادة المتبخرة في حجرة التفريغ مع مادة صلبة أو سائلة عند درجة حرارة معينة. يُعدّ منحنى العلاقة بين ضغط بخار التشبع ودرجة الحرارة ذا أهمية بالغة لتكنولوجيا تصنيع الأغشية، إذ يُساعدنا على اختيار مواد التبخير بدقة وتحديد ظروف التبخير.