影響真空蒸發(fā)鍍膜膜厚的因素分析

陳 超

（北京濱松光子技術(shù)股份有限公司，廊坊 065000）

真空蒸發(fā)鍍膜已經(jīng)具有幾十年的使用歷史，其在制造等行業(yè)的應(yīng)用范圍十分廣泛，對(duì)真空蒸發(fā)鍍膜膜厚的影響因素進(jìn)行分析，對(duì)于鍍膜質(zhì)量具有重要的意義。真空蒸發(fā)鍍膜是利用真空條件，在真空室當(dāng)中通過(guò)加熱蒸發(fā)容器，對(duì)形成薄膜的原材料進(jìn)行加熱，使原材料分子或是原子從表面逸出，形成蒸汽流，并入射到基片的表面，凝結(jié)成為固態(tài)薄膜，達(dá)到薄膜制造的目的。在這一過(guò)程當(dāng)中，很多因素會(huì)對(duì)薄膜厚度產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響鍍膜的質(zhì)量，研究分析影響因素及其影響規(guī)律對(duì)薄膜具有重要的意義。

1 真空蒸發(fā)鍍膜膜厚的理論分析

簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，要實(shí)現(xiàn)真空蒸鍍，必須有“熱”的蒸發(fā)源、“冷”的基片、周圍的真空環(huán)境。為了明確真空蒸發(fā)鍍膜影響因素以及規(guī)律，需要對(duì)真空蒸發(fā)的條件進(jìn)行一定程度的假設(shè)：其一，蒸發(fā)中的分子或是原子未與殘余的氣體分子發(fā)生任何碰撞；其二，位于蒸發(fā)源附近范圍的蒸發(fā)分子或是原子之間未發(fā)生任何碰撞；其三，真空蒸發(fā)并入射到基片表面的原子不會(huì)再次發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象。以上條件假設(shè)，是保證真空蒸發(fā)鍍膜中任一分子或是原子，從蒸發(fā)過(guò)程到入射到基片表面均未發(fā)生碰撞，并且入射到基片表面后全部凝結(jié)成為固態(tài)薄膜[1]。這種假設(shè)條件與實(shí)際真空蒸發(fā)鍍膜過(guò)程存在一定的差異性，但當(dāng)蒸發(fā)環(huán)境的壓強(qiáng)處于10-3帕以及更低范圍時(shí)，這一假設(shè)是能夠與實(shí)際情況相符合的。蒸發(fā)源的理想狀態(tài)是極小的點(diǎn)狀蒸發(fā)源，其大小與蒸發(fā)源到基片的距離相比是極小的，基本可以忽略不計(jì)，同時(shí)在蒸發(fā)過(guò)程中蒸發(fā)源不同方向的物理性質(zhì)是相同的[2]。

2 實(shí)驗(yàn)分析不同因素對(duì)真空蒸發(fā)鍍膜膜厚的影響

實(shí)驗(yàn)中我們采用熔點(diǎn)較高的鎢絲圈作為蒸發(fā)原材料；基片使用的是表面平整的醫(yī)用載玻片；鍍膜原材料使用純銻塊。

2.1 鍍膜原材料密度的影響

在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中將鍍膜原材料質(zhì)量設(shè)定在20mg，基片中心到蒸發(fā)源的距離設(shè)定為10cm，其他實(shí)驗(yàn)條件不變的前提下，分別使用密度不同的鋁、銻、錳、銀作為鍍膜原材料，在此基礎(chǔ)上通過(guò)真空蒸發(fā)鍍膜制取厚度不同的薄膜，使用X熒光分析儀對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)量。相對(duì)應(yīng)地制取的薄膜厚度分別為59.3nm、24.1nm、23.2nm、15.2nm。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，在同等實(shí)驗(yàn)條件下，隨著鍍膜原材料密度的增加，膜層厚度呈下降趨勢(shì)。

2.2 基片到蒸發(fā)源距離的影響

在實(shí)驗(yàn)中，保證鍍膜原材料質(zhì)量以及基片表面相對(duì)于蒸發(fā)源角度不變，消除基片表面對(duì)蒸發(fā)源角度因素的影響，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性與嚴(yán)謹(jǐn)性，實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的鍍料原材料質(zhì)量為100mg。上述實(shí)驗(yàn)條件下，分別將基片中心到蒸發(fā)源的距離設(shè)定在5cm、7cm、10cm，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行真空蒸發(fā)鍍膜，獲得的鍍膜厚度分別為252.7nm、236.3nm、202.5nm。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，在鍍膜原材料質(zhì)量不變的條件下，真空蒸發(fā)鍍膜膜層的厚度隨著基片中心到蒸發(fā)源距離的增加而逐漸降低，即距離越大，膜層的厚度越薄[3]。

2.3 鍍膜原材料質(zhì)量的影響

在真空蒸發(fā)鍍膜開(kāi)始之前將基片中心點(diǎn)到蒸發(fā)源的距離設(shè)定在10cm，分別將鍍膜原材料銻塊的質(zhì)量設(shè)定在40mg、60mg、80mg、100mg、120mg、150mg、200mg、400mg幾 個(gè) 數(shù) 值上，通過(guò)真空蒸發(fā)鍍膜相對(duì)應(yīng)地制取的薄膜厚度分別為81.2nm、128.6nm、172.1nm、202.5nm、241.3nm、312.6nm、423.1nm、925.7nm。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，在基片與蒸發(fā)源距離保持不變的實(shí)驗(yàn)條件下，隨著鍍膜原材料質(zhì)量的增加，膜層厚度呈直線上升的趨勢(shì)，原材料質(zhì)量越大膜層的厚度越厚[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析能夠發(fā)現(xiàn)，在其他實(shí)驗(yàn)條件不變的前提下，隨著鍍膜原材料密度的增加，膜層厚度呈下降趨勢(shì)，即原材料密度越大，真空蒸發(fā)鍍膜膜層厚度越薄；真空蒸發(fā)鍍膜膜層的厚度隨著基片中心到蒸發(fā)源距離的增加而逐漸降低，即距離越大，膜層的厚度越薄；鍍膜原材料質(zhì)量增加，膜層厚度呈直線上升的趨勢(shì)，原材料質(zhì)量越大膜層的厚度越厚。