真空蒸鍍

蒸鍍的物理過程包括：沉積材料蒸發或昇華為氣態粒子→氣態粒子快速從蒸發源向基片表面輸送→氣態粒子附着在基片表面形核、長大成固體薄膜→薄膜原子重構或產生化學鍵合。

將基片放入真空室內，以電阻、電子束、激光等方法加熱膜料，使膜料蒸發或昇華，氣化為具有一定能量（0.1～0.3eV）的粒子（原子、分子或原子團）。氣態粒子以基本無碰撞的直線運動飛速傳送至基片，到達基片表面的粒子一部分被反射，另一部分吸附在基片上併發生表面擴散，沉積原子之間產生二維碰撞，形成簇團，有的可能在表面短時停留後又蒸發。粒子簇團不斷地與擴散粒子相碰撞，或吸附單粒子，或放出單粒子。此過程反覆進行，當聚集的粒子數超過某一臨界值時就變為穩定的核，再繼續吸附擴散粒子而逐步長大，最終通過相鄰穩定核的接觸、合併，形成連續薄膜。 ^[1] 

真空蒸鍍工藝一般包括基片表面清潔、鍍膜前的準備、蒸鍍、取件、鍍後處理、檢測、成品等步驟。

(1)基片表面清潔。真空室內壁、基片架等表面的油污、鏽跡、殘餘鍍料等在真空中易蒸發，直接影響膜層的純度和結合力。鍍前必須清沽乾淨。

(2)鍍前準備。鍍膜室抽真空到合適的真空度，對基片和鍍膜材料進行預處理。加熱基片，其目的是去除水分和增強膜基結合力。在高真空下加熱基片，能夠使基片的表面吸附的氣體脱附。然後經真空泵抽氣排出真空室，有利於提高鍍膜室真空度、膜層純度和膜基結合力。然後達到一定真空度後．先對蒸發源通以較低功率的電，進行膜料的預熱或者預熔，為防止蒸發到基板上，用擋板遮蓋住蒸發源及源物質，然後輸入較大功率的電，將鍍膜材料迅速加熱到蒸發温度，蒸鍍時再移開擋板。

(3)蒸鍍。在蒸鍍階段要選擇合適的基片温度、鍍料蒸發温度外，沉積氣壓是一個很重要的參數。沉積氣壓即鍍膜室的真空度高低，決定了蒸鍍空間氣體分子運動的平均自由程和一定蒸發距離下的蒸氣與殘餘氣體原子及蒸氣原子之間的碰撞次數。

(4)取件。膜層厚度達到要求以後，用擋板蓋住蒸發源並停止加熱，但不要馬上導入空氣。 ^[2] 

真空蒸鍍裝置由真空抽氣系統和蒸發室組成。

真空抽氣系統由（超）高真空泵、低真空泵、排氣管道和閥門等組成。此外，還附有冷阱(用以防止油蒸氣的返流)和真空測量計等。蒸發室大多用不鏽鋼製成。在蒸發室內配有真空蒸鍍時不可缺少的蒸發源、基片和蒸發空間。此外，還置有控制蒸發原子流的擋板，測量膜厚並用來監控薄膜生長速率的膜厚計，測量蒸發室的真空變化和蒸發時剩餘氣體壓力的(超)高真空計，以及控制薄膜生長形態和結晶性的基片温度調節器等。

蒸發源是用來加熱膜料使之氣化蒸發的部件。真空蒸發使用的蒸發源主要有電阻加熱、電子束加熱、高頻感應加熱、電弧加熱和激光加熱等五大類。 ^[3] 

真空蒸鍍使用的加熱方式主要有：電阻加熱、電子束加熱。射頻感應加熱、電弧加熱和激光加熱等幾種。不論哪一種加熱方式，都要求作為蒸發源的材料具有以下性能：熔點高；蒸氣壓低；在蒸發温度下不與大多數蒸發材料發生化學反應或互溶，同時具有一定的機械強度。

(1)電阻加熱：電阻加熱源是普遍使用的蒸發源，它結構簡單、操作方便。典型的導電加熱體材料有鎢、鉭、鉬和碳等。導電加熱體的電阻加熱通常採用低電壓（<10 V）、大電流（幾百安培）加熱方式。可根據蒸發材料的性質以及蒸發源材料的浸潤性加以選用。

(2)電子束加熱：電子束加熱法的基本原理是基於由熱陰極發射的電子在電場作用下，獲得動能轟擊到作為陽極的蒸發材料上，將其動能轉化為加熱材料的內能而使材料蒸發。由於聚集電子束的能量密度大，可使材料表面局部區域達到3 000℃～4 000℃的高温，適於蒸發高熔點金屬、化合物材料和要求高蒸發速率的場合。

(3)射頻感應加熱：感應加熱是將射頻電源的能量直接耦合到金屬、石墨一類的導體上，其原理是利用高頻電磁場在導體材料中感生的熱量來直接加熱導體本身。

(4)電弧加熱：電弧蒸鍍利用高真空中兩導電材料製成的電極之間形成電弧放電產生的高温，使電極材料蒸發而在基體上凝聚成膜。

(5)激光加熱：脈衝激光加熱表面可實現材料的瞬時蒸發，脈衝激光作為一種新的加熱源，其特點之一是能量在時間和空間上高度集中，與常規的熱蒸發有顯著區別。帶有離子轟擊裝置的激光蒸發，已用於若干材料的低温沉積，其中包括高質量的高温超導氧化物薄膜。激光蒸發可用於透明材料上薄膜的蒸發，從透明材料的背面照射待蒸發薄膜，把基體面向待蒸發薄膜放置，通過控制蒸發區域，則在基體上可沉積出帶花紋的薄膜。 ^[4]