真空镀膜设备需要的环境要求
真空镀膜设备要在真空条件下工作,该设备要满足真空对环境的要求。真空对环境的要求,一般包括真空设备对所处实验室(或车间)的温度、空气中的微粒等周围环境的要求,和对处于真空状态或真空中的零件或表面要求两个方面。
这两个方面是有密切联系的。周围环境的好坏直接影响真空设备的正常使用;而真空设备的真空室或装入里面的零件是否清洗,又直接影响设备的性能。如果空气中含有大量的水蒸气和灰尘,在真空室没有经过清洗的情况下用油封机械泵去抽气,要达到预期的真空度很难的。众所周,油封式机械泵不宜抽除对金属有腐蚀性、对真空油其反应的以含有颗粒尘埃的气体。水蒸气为可凝性气体,当大量抽除可凝性气体时,对泵油的污染会更加严重,结果使泵的极限真空下降,破坏了泵的抽气性能。
工业环境中的粉尘是以粉状体、眼无题、粉尘来区分的。粉状体是粉末或固体颗粒的集合或分散状态的物质。所谓粉末是指微小的固体颗粒的集合,而颗粒是指能够一个一个计数的微小物质。烟雾体是以固体或液体的微小颗粒呈浮状态存在于气体中的物质体系。物质无论是固体还是液体,凡是呈颗粒状态均可统称为尘粒。以尘粒直径的大小来确定空气清洁度的标准,从而定制出洁净室的等级。不仅适合于有洁净要求的工业部门,也适合于真空对洁净环境的要求。
真空镀膜过程的均匀性到底多重要?
真空镀膜过程非常复杂,由于镀膜原理的不同分为很多种类,仅仅因为都需要高真空度而拥有统一名称。对于不同原理的真空镀膜,影响均匀性的因素也不尽相同。并且均匀性这个概念本身也会随着镀膜尺度和薄膜成分而有着不同的意义。
薄膜均匀性的概念:
1、厚度上的均匀性,也可以理解为粗糙度,在光学薄膜的尺度上看(也就是1/10波长作为单位,约为100A),真空镀膜的均匀性已经相当好,可以轻松将粗糙度控制在可见光波长的1/10范围内,也就是说对于薄膜的光学特性来说,真空镀膜没有任何障碍。
如果是指原子层尺度上的均匀度,也就是说要实现10A甚至1A的表面平整,是现在真空镀膜中主要的技术含量与技术瓶颈所在,具体控制因素下面会根据不同镀膜给出详细解释。
2、化学组分上的均匀性:
就是说在薄膜中,化合物的原子组分会由于尺度过小而很容易的产生不均匀特性,SiTiO3薄膜,如果镀膜过程不科学,那么实际表面的组分并不是SiTiO3,而可能是其他的比例,镀的膜并非是想要的膜的化学成分,这也是真空镀膜的技术含量所在。
3、晶格有序度的均匀性:
这决定了薄膜是单晶,多晶,非晶,是真空镀膜技术中的热点问题,具体见下。
主要分类有两个大种类:一、对于蒸发镀膜:一般是加热靶材使表面组分以原子团或离子形式被蒸发出来,并且沉降在基片表面,通过成膜过程(散点-岛状结构-迷走结构-层状生长)形成薄膜。
厚度均匀性主要取决于:1、基片材料与靶材的晶格匹配程度;2、基片表面温度;3、蒸发功率,速率;4、真空度;5、镀膜时间,厚度大小。
组分均匀性:蒸发镀膜组分均匀性不是很容易保证,具体可以调控的因素同上,由于原理所限,对于非单一组分镀膜,蒸发镀膜的组分均匀性不好。
晶向均匀性:1、晶格匹配度;2、基片温度;3、蒸发速率.
真空镀膜设备真空泵的选择
正确地组合真空泵。由于真空泵有选择性抽气,有时选用一种泵不能满足抽气要求,需要几种泵组合起来,互相补充才能满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的抽速,但不能抽氦,而三极型溅射离子泵,(或二极型非对称阴极溅射离子泵)对Ar有一定的抽速,两者组合起来,便会使真空装置得到较好的真空度。有的真空泵不能在大气压下工作,需要预真空;有的真空泵出口压强低于大气压,需要前级泵,故都需要把泵组合起来使用。
正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围,如:2BV系列水环真空泵工作压强范围760mmHg~25mmHg(绝压),在这样宽压强范围内,泵的抽速随压强而变化(详细变化情况参照泵的性能曲线),其稳定的工作压强范围为760~60mmHg。泵的工作点应该选在这个范围之内较为适宜,而不能让它在25~30mmHg下长期工作。
真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何。如果环境不允许有污染,可以选无油真空泵,或者把油蒸气排到室外。
真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。如:某真空干燥工艺要求10mmHg的工作真空度,选用的真空泵的极限真空度至少要2mmHg,能达到1mmHg较好。通常选择泵的极限真空度要高于真空设备工作真空度半个到一个数量级。