2020-02-05-1小刘科研笔记之真空镀膜界面作用力简析

“真空”在古希腊文中是“虚无”的意思。但是虚无一物的空间是不存在的,真空状态一般情况下是指气压相对低于标准大气压的状态。真空状态一般分为两种,一种是宇宙空间中存在的“自然真空”,另一种是人们认为制造的“人造真空”。从事镀膜工艺的真空显然属于后者。

一、关于膜料

不管是哪种镀膜技术,膜料到达基底大致有三种情况:

1.与基底材料发生能量交换而吸附到衬底上;

2.与基底材料不发生能量交换,直接反射回去;

3.吸附后气体分子仍然具有较大的解吸能,在基底表面做短暂停留后解吸附;

二、薄膜之间的相互作用力

大多数气体原子都能在基底上发生吸附作用,最终形成一定厚度的薄膜。薄膜与基底之间存在相互作用力,这些相互作用力主要分为两种:薄膜的应力和薄膜的附着力

华慧高芯网镀膜设备之PECS-II


1.薄膜的应力 

薄膜的应力是指薄膜单位截面上所收到基片的约束力,该约束力不仅对薄膜的力学、光学、电学、磁学等性能有着关键的影响,而且对薄膜的稳定性和可靠性也起着关键的作用。按产生的原因薄膜的应力可分为热应力和本征应力。热应力是由于生长时的温度与测量时温度有所差异,并且两种材料热膨胀系数不同,导致成膜后产生的作用力。而本征应力,是由于膜层的生长以及薄膜结构的变化产生的内作用力。

华慧高芯光学镀膜设备DENTON INTEGRITY-26LASER BAREVAPORATION SYSTEM

获得低应力薄膜的方法有:

(1)选择合适的基底温度,减少热应力。

(2)合适的选择基底和膜材,降低两者的热膨胀系数差异,从而减小薄膜的热应力。

(3)选择合适的蒸发速率,蒸发速率过快,薄膜表面粗糙,蒸发速率过慢,薄膜的粘附力差。

(4)选择合理的靶基距和入射角度。

上述所有应力中,不管哪种应力,都会在薄层表面产生剪切力。如果应力过大,大于薄膜附着力,薄膜就会开裂,曲翘甚至脱落,因此控制薄膜与基片的应力是薄膜生长的关键技术。

2薄膜附着力 

薄膜附着力是指膜与基底界面上能使薄膜与衬底分离的反作用力。它是反应薄膜与衬底的附着程度好坏的重要参数。

PVD纳米镀膜(图片来源于百度图片搜索)


为了增加薄膜与基底的附着力,人们通常采取以下几种措施:

(1)清洁的衬底表面,是增强薄膜粘附力的第一步。

(2)去除反应室水含量,防止水分子在基底表面吸附一层水分子层,阻止薄膜材料与衬底的相互接触。

(3)生长过程中对基底进行加热,可以增大晶核大小,减少缺陷产生的几率。

(4)控制蒸发源的温度。

(5)在基底上镀底膜,如Ti、Cr膜,可以大幅提升粘附力。

(6)成膜后进行退火处理,可以增强薄膜粘附力。

END

不积珪步,无以至千里;不积细流,无以成江海。做好每一份工作,都需要坚持不懈的学习。

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