所謂真空鍍膜就是置待鍍材料和被鍍基板于真空室內,采用一定方法加熱待鍍材料,使之蒸發或升華,并飛行濺射到被鍍基板表面凝聚成膜的工藝。
一、鍍膜的方法及分類
在真空條件下成膜有很多優點:可減少蒸發材料的原子、分子在飛向基板過程中于分子的碰撞,減少氣體中的活性分子和蒸發源材料間的化學反應(如氧化等),以及減少成膜過程中氣體分子進入薄膜中成為雜質的量,從而提供膜層的致密度、純度、沉積速率和與基板的附著力。通常真空蒸鍍要求成膜室內壓力等于或低于10-2Pa,對于蒸發源與基板距離較遠和薄膜質量要求很高的場合,則要求壓力更低。
主要分為一下幾類:
蒸發鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。
蒸發鍍膜:通過加熱蒸發某種物質使其沉積在固體表面,稱為蒸發鍍膜。這種方法早由M.法拉第于1857年提出,現代已成為常用鍍膜技術之一。
蒸發物質如金屬、化合物等置于坩堝內或掛在熱絲上作為蒸發源,待鍍工件,如金屬、陶瓷、塑料等基片置于坩堝前方。待系統抽至高真空后,加熱坩堝使其中的物質蒸發。蒸發物質的原子或分子以冷凝方式沉積在基片表面。薄膜厚度可由數百埃至數微米。膜厚決定于蒸發源的蒸發速率和時間(或決定于裝料量),并與源和基片的距離有關。對于大面積鍍膜,常采用旋轉基片或多蒸發源的方式以保證膜層厚度的均勻性。從蒸發源到基片的距離應小于蒸氣分子在殘余氣體中的平均自由程,以免蒸氣分子與殘氣分子碰撞引起化學作用。蒸氣分子平均動能約為0.1~0.2電子伏。
蒸發源有三種類型。①電阻加熱源:用難熔金屬如鎢、鉭制成舟箔或絲狀,通以電流,加熱在它上方的或置于坩堝中的蒸發物質電阻加熱源主要用于蒸發Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。②高頻感應加熱源:用高頻感應電流加熱坩堝和蒸發物質。③電子束加熱源:適用于蒸發溫度較高(不低于2000[618-1])的材料,即用電子束轟擊材料使其蒸發。
蒸發鍍膜與其他真空鍍膜方法相比,具有較高的沉積速率,可鍍制單質和不易熱分解的化合物膜。
二、薄膜厚度的測量
隨著科技的進步和儀器的應用,薄膜厚度測量方法有很多,按照測量的方式分可以分為兩類:直接測量和間接測量。直接測量指應用測量儀器,通過接觸(或光接觸)直接感應出薄膜的厚度。
常見的直接法測量有:螺旋測微法、輪廓掃描法(臺階法)、掃描電子顯微法(SEM);
間接測量指根據一定對應的物理關系,將相關的物理量經過計算轉化為薄膜的厚度,從而達到測量薄膜厚度的目的。
常見的間接法測量有:稱量法、電容法、電阻法、等厚干涉法、變角干涉法、橢圓偏振法。按照測量的原理可分為三類:稱量法、電學法、光學法。
常見的稱量法有:天平法、石英法、原子數測定法;
常見的電學法有:電阻法、電容法、渦流法;
常見的光學方法有:等厚干涉法、變角干涉法、光吸收法、橢圓偏振法。