ظروف الفراغ في عملية آلة طلاء التبخر بالفراغ

أثناء تشغيل آلة الطلاء بالتبخير الفراغي ، تتحرك الجسيمات التي تبخرت من سطح الفيلم على طول خط مستقيم في الفضاء بسرعة معينة حتى تصطدم بجزيئات أخرى. في غرفة التفريغ ، عندما يكون تركيز الجسيمات في الطور الغازي وضغط الغاز المتبقي منخفضًا بدرجة كافية ، يمكن أن تستمر هذه الجسيمات في الطيران في خط مستقيم من مصدر التبخر إلى الركيزة ، وإلا فإنها ستصطدم وتغير الاتجاه من الحركة. لهذا السبب ، من الضروري زيادة متوسط ​​المسار الحر للغاز المتبقي لتقليل احتمالية اصطدامه بالجسيمات المتبخرة ، ومن الضروري إخلاء غرفة التفريغ إلى فراغ عالي.

عندما يكون متوسط ​​المسار الحر للجسيمات المتبخرة في حاوية الفراغ أكبر من المسافة بين مصدر التبخر والركيزة (يشار إليها فيما يلي باسم مسافة التبخر) ، سيتم الحصول على ظروف فراغ كافية. دع مسافة التبخر (المسافة بين مصدر التبخر والركيزة) هي L ، واعتبر L الرحلة الفعلية المعروفة للجزيئات المتبخرة ، λ هو متوسط ​​المسار الحر لجزيئات الغاز ، وحدد عدد جزيئات البخار التي تبخرت من مصدر التبخر كـ N0 ، عدد جزيئات البخار المتناثرة بسبب الاصطدام بين مصدر التبخر والركيزة على مسافة L هو N1 ، وبافتراض أن الجسيمات المتبخرة تتصادم بشكل أساسي مع ذرات أو جزيئات الغاز المتبقي والتشتت ، إذن لدينا
N1 / N0 = 1- exp (L / λ) (1)

في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية) وضغط الغاز p (Pa) ، يكون متوسط ​​المسار الحر لجزيئات الغاز المتبقية
λ = 6.65 × 10-1 / بكسل (2)

يمكن أن نعرف من الصيغة أعلاه أنه عند درجة حرارة الغرفة ، عندما p = 10-2 Pa ، λ = 66.5 سم ، أي أن الجزيء يطير حوالي 66.5 سم بين تصادمين مع جزيئات أخرى.

هو منحنى نسبة نسبة تصادم الجسيمات المتبخرة في الطريق إلى الركيزة إلى نسبة المسار الفعلي لجزيئات الغاز إلى متوسط ​​المسار الحر. يمكن أن نرى من الشكل أنه عندما λ = L ، فإن 63٪ من الجزيئات المتبخرة سوف تصطدم. إذا زاد متوسط ​​المسار الحر بمقدار 10 مرات ، يتم تقليل عدد الجسيمات المتناثرة إلى 9٪. لذلك ، يجب أن يكون متوسط ​​المسار الحر للجسيمات المتبخرة أكبر بكثير من مسافة التبخر لتجنب الاصطدامات بين الجسيمات المتبخرة وجزيئات الغاز المتبقية أثناء الهجرة إلى الركيزة ، مما يقلل بشكل فعال من ظاهرة تشتت الجسيمات المتبخرة. في الوقت الحاضر ، مسافة التبخر لماكينات الطلاء بالتبخير شائعة الاستخدام لا تزيد عن 50 سم. لذلك ، إذا تم منع كمية كبيرة من تشتت الجسيمات المتبخرة ، في معدات الطلاء بالتبخير بالفراغ ، يجب أن تكون درجة الفراغ الأولية لغرفة الطلاء بالفراغ أعلى من 10-2 باسكال.

نظرًا لأن الغاز المتبقي له تأثير كبير على طبقة الفيلم أثناء عملية التبخر ، فمن المهم تحليل مصدر الغاز المتبقي في غرفة التفريغ لإزالة تأثير الغاز المتبقي على جودة الفيلم. مصدر جزيئات الغاز المتبقية في حجرة التفريغ ناتج بشكل أساسي عن الامتصاص وتفريغ الغاز على سطح حجرة الطلاء بالفراغ ، والغاز المنطلق من مصدر التبخر ، والارتجاع العكسي لنظام الضخ ، وتسرب الهواء من المعدات. إذا كان التصميم الهيكلي وتصنيع معدات الطلاء جيدًا ، فلن يتسبب التدفق العكسي لنظام ضخ الفراغ وتسرب الهواء للمعدات في حدوث تأثير خطير. يعطي الجدول 1 القيمة التقريبية لنسبة عدد الجزيئات Ns الممتصة بواسطة الطبقة الأحادية الجزيئية على جدار غرفة الطلاء بالفراغ إلى عدد الجزيئات N في الطور الغازي. عادة ، في نظام الفراغ العالي الشائع الاستخدام ، يتجاوز عدد الجزيئات الممتصة على السطح الداخلي للطبقة الأحادية عدد الجزيئات في الطور الغازي. لذلك ، بالإضافة إلى الغاز المنطلق من مصدر التبخر أثناء عملية التبخر ، في نظام تفريغ مع أداء جيد لنظام الختم والضخ ونظافة ، إذا كان الضغط عند 10-4 باسكال ، فإن الغاز يمتص من سطح الفراغ تعد جزيئات الغاز في جدار الغرفة المصدر الرئيسي للغاز في نظام التفريغ.

A- مساحة السطح الداخلية لغرفة الطلاء ، cm2 ؛ V- حجم حجرة الطلاء ، cm3 ؛ ns- عدد الجزيئات الممتصة في الطبقة أحادية الجزيء ، pc / cm2 ؛ n- عدد جزيئات الطور الغازي ، جهاز كمبيوتر / سم 3

تصطدم جزيئات الغاز المتبقي بجميع الأسطح في غرفة التفريغ ، بما في ذلك سطح الفيلم المتنامي. في بيئة الهواء عند درجة حرارة الغرفة وضغط من 10-4 باسكال ، يكون الوقت اللازم لتشكيل طبقة امتزاز جزيئية واحدة 2.2 ثانية فقط. يمكن ملاحظة أنه في عملية طلاء التبخر ، إذا كان سيتم الحصول على فيلم عالي النقاء ، فإن المعدل الذي تصل به ذرات أو جزيئات مادة الفيلم إلى الركيزة يجب أن يكون أكبر من المعدل الذي يصل به الغاز المتبقي إلى الطبقة السفلية. الركيزة: بهذه الطريقة فقط يمكن تحضير فيلم بدرجة نقاء جيدة. هذه النقطة أكثر أهمية بالنسبة للركائز المعدنية النشطة ، لأن معامل الالتصاق للأسطح النظيفة لهذه المواد المعدنية يقترب من 1.

عندما يتبخر عند ضغط 10-2 باسكال إلى 10-4 باسكال ، فإن عدد جزيئات البخار من مادة الفيلم وجزيئات الغاز المتبقية التي تصل إلى الركيزة متساوية تقريبًا ، مما سيؤثر بالتأكيد على جودة الفيلم المحضر. لذلك ، من الضروري تصميم نظام الضخ لمعدات الطلاء بشكل معقول للتأكد من أن المعدل الذي تصل به جزيئات البخار من مادة الفيلم إلى سطح الركيزة أعلى من جزيئات الغاز المتبقية ، وذلك لتقليل تأثير وتلوث طبقة الفيلم بواسطة جزيئات الغاز المتبقية وتحسين نقاء طبقة الفيلم.

بالإضافة إلى ذلك ، عند 10-4 باسكال ، يكون المكون الرئيسي للغاز المتبقي في غرفة التفريغ هو بخار الماء (يمثل أكثر من 90٪). سيتفاعل بخار الماء كيميائيًا مع طبقة الفيلم المعدنية أو مصدر التبخر لتكوين أكاسيد وإطلاق الهيدروجين. لذلك ، من أجل تقليل الرطوبة في الغاز المتبقي ، يمكن زيادة درجة الحرارة في غرفة التفريغ لتحلل الماء ، وهي أيضًا طريقة فعالة لتحسين جودة الفيلم.

يجب الانتباه أيضًا إلى إطلاق الغازات من مصدر التبخر عند درجة حرارة عالية. قبل تنشيط مصدر التبخر وتسخينه ، يمكن سد الركيزة بواسطة حاجز ، ثم يتم تسخين مادة الفيلم لإزالة الغازات. قم بإزالة الحاجز عندما يبدأ الطلاء الرسمي. باستخدام هذه الطريقة ، يمكن تحسين جودة طبقة الفيلم بشكل فعال.