Оборудование для вакуумного нанесения покрытий сопротивлением испарению в основном состоит из вакуумной камеры и системы вакуумной откачки. Вакуумная камера содержит источник испарения (т.е. испарительный нагреватель), подложку и держатель подложки, нагреватель подложки и вытяжную систему. Материал покрытия помещается в источник испарения внутри вакуумной камеры. В условиях высокого вакуума источник испарения нагревает материал, вызывая его испарение. Когда длина свободного пробега молекул пара превышает линейный размер вакуумной камеры, атомы и молекулы пара покидают поверхность источника испарения с минимальными столкновениями или препятствиями со стороны других молекул или атомов, что позволяет им напрямую достигать поверхности подложки. Из-за более низкой температуры подложки частицы пара конденсируются на ней, образуя пленку.
Чтобы улучшить адгезию между испаренными молекулами и подложкой, подложку можно активировать соответствующим нагревом или ионной очисткой. Физические процессы, происходящие при нанесении покрытия методом вакуумного испарения, от испарения и транспортировки материала до осаждения пленки, следующие:
(1) Различные методы используются для преобразования других форм энергии в тепловую энергию, нагревания материала пленки для испарения или сублимации, в результате чего образуются газообразные частицы (атомы, молекулы или группы атомов) с определенной энергией (0,1 ~ 0,3 эВ);
2) газообразные частицы покидают поверхность пленки и переносятся к поверхности подложки по относительно прямой линии с минимальными столкновениями и со значительной скоростью;
(3) Газообразные частицы, достигая поверхности подложки, конденсируются и зарождаются, превращаясь в тонкую пленку твердой фазы;
(4) Атомы, составляющие тонкую пленку, перестраиваются или образуют химические связи.
Резистивный нагрев-испарение является самым простым и наиболее часто используемым методом нагрева, обычно подходящим для покрытий материалов с температурой плавления ниже 1500 градусов. Обычно из тугоплавкого-металла-металла (W, Mo, Ti, Ta, нитрида бора и т. д.) в виде проволоки или листа изготавливают источник испарения соответствующей формы, на который загружают материал покрытия. Джоулев нагрев тока плавит, испаряет или сублимирует материал покрытия. Формы источника испарения в основном включают многожильный-спираль, U-форму, синусоидальную форму волны, тонкую пластину, форму лодочки и форму конической корзины.
В то же время этот метод требует, чтобы исходный материал испарения имел такие характеристики, как высокая температура плавления, низкое давление насыщенного пара, стабильные химические свойства (не вступает в химическую реакцию с материалом покрытия при высоких температурах), хорошая термостойкость и небольшое изменение удельной мощности. Для прохождения через источник испарения через источник испарения используется большой ток для непосредственного нагрева и испарения материала покрытия, либо материал покрытия помещается в тигель, изготовленный из графита или некоторых высоко-термостойких оксидов металлов (таких как Al₂O₂, BO) для непрямого нагрева и испарения.
Оборудование для вакуумного нанесения покрытия сопротивлением испарениюимеет ограничения при нанесении пленки. Тугоплавкие металлы имеют низкое давление паров, что затрудняет образование тонких пленок; некоторые элементы легко образуют сплавы с нагревательной проволокой; и трудно получить пленки сплава с однородным составом. Тем не менее, испарение с резистивным нагревом является широко используемым методом испарения из-за его простой конструкции, низкой стоимости и простоты эксплуатации.
