Widerstandsverdampfung

Vakuumverdampfung, auch Verdampfung genannt, bezeichnet das Verfahren, bei dem Beschichtungsmaterial (oder Filmmaterial) durch ein bestimmtes Heiz- und Verdampfungsverfahren unter Vakuumbedingungen verdampft wird. Die Partikel fliegen auf die Oberfläche des Substrats und bilden dort einen Film. Die Verdampfung ist eine ältere und am weitesten verbreitete Dampfabscheidungstechnologie, die die Vorteile einer einfachen Filmbildungsmethode, der hohen Reinheit und Kompaktheit des Dünnfilms sowie einer einzigartigen Filmstruktur und -leistung bietet.

Der physikalische Prozess der Verdampfung umfasst: die Verdampfung oder Sublimation des abgelagerten Materials in gasförmige Partikel → den schnellen Transport gasförmiger Partikel von der Verdampfungsquelle zur Oberfläche des Substrats → die gasförmigen Partikel haften an der Oberfläche des Substrats, bilden Keime, wachsen zu einem festen Film heran → Rekonstruktion dünner Filmatome oder Herstellung chemischer Bindungen.

Das Substrat wird in eine Vakuumkammer gelegt und mittels Widerstand, Elektronenstrahl, Laser und anderen Methoden erhitzt, um das Filmmaterial zu verdampfen oder zu sublimieren und es in Partikel (Atome, Moleküle oder Cluster) mit einer bestimmten Energie (0,1–0,3 eV) zu zerlegen. Die gasförmigen Partikel werden in einer linearen, nahezu kollisionsfreien Bewegung zum Substrat transportiert. Ein Teil der auf die Substratoberfläche treffenden Partikel wird reflektiert, der andere Teil adsorbiert am Substrat und verteilt sich auf der Oberfläche. Dadurch kommt es zu zweidimensionalen Kollisionen der abgelagerten Atome und bildet Cluster. Einige verbleiben kurzzeitig auf der Oberfläche und verdampfen anschließend. Partikelcluster kollidieren ständig mit diffusen Partikeln und adsorbieren oder emittieren einzelne Partikel. Dieser Prozess wiederholt sich mehrfach. Überschreitet die Anzahl der angesammelten Partikel einen bestimmten kritischen Wert, bildet sich ein stabiler Kern. Dieser adsorbiert und diffundiert weiterhin Partikel und wächst allmählich, bis durch Kontakt und Verschmelzung benachbarter stabiler Kerne schließlich ein kontinuierlicher dünner Film entsteht.

Sättigungsdampfdruck (PV): Der Druck, bei dem der Dampf des verdampften Materials in einer Vakuumkammer bei einer bestimmten Temperatur im Gleichgewicht mit einem Feststoff oder einer Flüssigkeit steht. Die Beziehungskurve zwischen Sättigungsdampfdruck und Temperatur ist für die Filmherstellungstechnologie von großer Bedeutung und kann uns helfen, Verdampfungsmaterialien rational auszuwählen und die Verdampfungsbedingungen zu bestimmen.