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1、应用技术太原科技2008年第9期TAIYUANSCI-TECH文章编号:1006-4877(2008)09-0078-02影响真空蒸发镀膜膜厚的因素分析高雁(忻州师范学院物理系,山西忻州034000)摘要:介绍了真空蒸发镀膜的基本原理,对蒸发镀膜过程中影响镀膜厚度的因素进行了理论计算和实验分析,从而找出对镀膜厚度的影响规律。关键词:真空蒸发镀膜;薄膜厚度;镀料质量中图分类号:O435文献标志码:A真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室的,因为各个方向上的物理性质均等。中,加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料,使其原设蒸发前的物质体积为V,子或分子从表面气化
2、逸出,形成蒸汽流,入射到固则V=M/ρ,体(称为衬底或基片)表面,凝结形成固态薄膜式中,ρ为物质的密度,kg/m3。的方法。由于真空蒸发法或真空蒸镀法主要物理过假设蒸发后物质完全凝结于球体内表面,设体程是通过加热蒸发材料而产生,所以又称热蒸发积为V',法。利用这种方法制造薄膜,已有几十年的历史,则V'=4πR2t,用途十分广泛[1]式中,t为球体内表面膜层厚度,nm。。但在真空蒸发镀膜中,影响镀膜质量的因素有很多,而膜厚是主要因素之一。本文由于蒸发前后物质的体积应相等,所以有试图通过理论分析和实验研究的方法找到影响真空V=V',蒸发镀膜膜厚的因素及其影响
3、规律。故膜层厚度t为1真空蒸发镀膜膜厚的理论分布2t=M/4πRρ。(1)为了对膜厚进行理论计算,找出其分布规律,从式(1)可以看出,厚度t与蒸发源至球壳内我们对真空蒸发过程作了一些假设:第一,在蒸发表面凝结点的距离的平方成反比,而与蒸发物的质原子或分子与残余气体分子之间不发生任何碰撞;量成正比。但是,如果从点蒸发源蒸发至平面镜上第二,在蒸发源附近的蒸发原子或分子之间也不发(见图1),膜层厚度的分布就不按式(1)计算。生任何碰撞;第三蒸发到基片上的原子不发生再蒸此时膜层的厚度分布是不均匀的,因为平面镜发现象。上的各点至蒸发源的距离不同,所以蒸气的入射角上
4、述假设实际上是说每个蒸发原子或分子,在也不相同。由于点源各向的物理性质相等,则每一入射到基片表面的过程中均不发生碰撞,而且到达单位立体角(dω)内蒸发的物质(dm)应该是相基片后又全部凝结。当然,这与实际蒸发过程有所等的(见图2)。出入,但是对于10-3帕或更低的压强下的真空蒸发AOBds1来说,这些假设是基本符合实际情况的[2]。ds2对于蒸发源,最理想的是一个极小的点状蒸发t0h0源(该蒸发源蒸发时向各个方向均匀发射蒸气分θdωθ子),它的直径相对于蒸发源至基片表面的距离而言是很小的,可以忽略不计,而且在蒸发时各个方图1点源蒸发到平面基片上的图2点源
5、对平面基片膜厚分布蒸发的示意图向上的物理性质均相同。设有M克物质从点状蒸发源蒸发后凝结于半径为R的球壳表面上,若点源设有M克的物质从点源完全蒸发凝结于一平面位于球的中心,则球内表面上的膜层应该是均匀镜AOB上,则dm=(M/4π)dω。因为整个圆球对球心所包的立体角为4π,故收稿日期:2008-06-19;修回日期:2008-07-18作者简介:高雁(1976-),女,山西保德人。1999年7月毕除以4π。任一球表面与所包立体角的关系为:业于首都师范大学,硕士,讲师。2ds1=dωr,·78·应用技术太原科技2008年第9期TAIYUANSCI-TECH
6、式中,r为球半径,即为凝结点至蒸发源的距离,源与基片距离保持不变的前提下(见图3),镀料质现以h代之,有dω=ds/h2。量对膜层厚度的影响曲线。镀料质量与镀膜厚度基1从图2可知,ds1=cosθds2,本成线性关系,即随着镀料质量的增加,镀膜厚度则dm=(M/4π)·(ds/h2)=(M/4π)·(cosθds/h2)。呈线性增长。1214000在ds2处的厚度应是该处的膜层体积除以面积12000ds2,所以有t=dm/ρds2,10000mt=Mcosθ/4πρh2。(2)n/8000层设点源至平面的垂直距离为h膜60000,垂线与平面的4000交点
7、为O点,且O点的薄膜厚度为t0。则任意点处2000的薄膜厚度与O点薄膜厚度之比为058.578.091.0117.02镀料质量/mgtcosθ/h3=cosθ。(3)t2图3膜层厚度随镀料质量的变化曲线01/h02)基片与蒸发源的距离对镀膜厚度的影响。从上式可看出,在蒸发物质量一定、蒸发源与为了排除基片表面相对于蒸发源角度因素的影响,平面的距离一定的条件下,任一点处薄膜的厚度只在实验过程中仅改变基片中心到蒸发源的距离,而与角度有关[3]。保持基片表面相对于蒸发源的角度大致相同。实验2实验研究测得基片与蒸发源的距离不同时的膜层厚度,见表实验中所用蒸发源材料
8、为钨丝;所用基片为表2。面平整的医用载玻片,镀膜前用无水乙醇洗净;选表2镀料质量
