Пленочные материалы,-осаждаемые из паровой фазы при нормальном давлении, не образуют идеальных тонких пленок. Фактически, если давление недостаточно низкое (или вакуум недостаточно высокий), хорошие результаты также не будут достигнуты. Например, при -осаждении алюминия из паровой фазы при температуре 10 2 Торр полученная пленка не только становится тусклой, но даже может выглядеть серой или черной. Его механическая прочность чрезвычайно низка, и легкое чистка щеткой из беличьего-волоса может повредить алюминиевый слой.
Осаждение из паровой фазы должно выполняться в определенных условиях вакуума по следующим причинам:
1. Высокий вакуум гарантирует, что длина свободного пробега испаренных молекул превышает расстояние от источника испарения до подложки. Из-за теплового движения молекул газа столкновения между ними происходят чрезвычайно часто. Поэтому, несмотря на большую скорость молекул газа (до нескольких сотен метров в секунду), по мере продвижения вперед они многократно сталкиваются с другими молекулами. Расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными столкновениями, называется ее свободным пробегом, а среднее статистическое значение свободных пробегов большого числа молекул называется средним свободным пробегом.
Поскольку давление газа пропорционально числу молекул в единице объема, длина свободного пробега также пропорциональна давлению газа. Во время вакуумного осаждения тонких пленок, когда расстояние осаждения больше, чем длина свободного пробега молекул, это называется осаждением в низком вакууме, а когда расстояние осаждения меньше, чем длина свободного пробега молекул, это называется осаждением в высоком вакууме. Во время осаждения в высоком вакууме столкновения между испаренными атомами (или молекулами) и молекулами остаточного газа незначительны, поэтому испаренные атомы летят по прямой линии к подложке. Это позволяет испаренным атомам, которые достигают подложки с высокой кинетической энергией, конденсироваться на подложке, образуя относительно прочный пленочный слой. Во время осаждения в низком вакууме столкновения могут привести к тому, что испаренные атомы изменят свою скорость и направление, потенциально даже образуя скопление атомов пара в космосе,-аналогично образованию тумана из водяного пара в атмосфере.
2. Более высокий уровень вакуума может снизить уровень остаточного газового загрязнения. При более низких уровнях вакуума вакуумная камера содержит множество молекул остаточного газа (например, кислорода, азота, воды и углеводородов), которые могут представлять значительную угрозу для осаждения тонких-пленок. Эти газы сталкиваются с молекулами испаренной пленки, сокращая их среднюю длину свободного пробега; они сталкиваются и реагируют с поверхностью образующейся пленки; они селятся внутри уже сформировавшейся пленки, постепенно ее разрушая; они вступают в реакцию с источником испарения при высоких температурах, сокращая срок его службы; и они образуют оксидный слой на поверхности испаряемой пленки, нарушая процесс осаждения.
Таким образом,машина для нанесения вакуумного покрытия испарениемдолжен находиться в вакуумном состоянии для покрытия слоя пленки, чтобы слой пленки был прочным и не содержал загрязняющих веществ.
