
真空蒸發(fā)鍍膜層的生長規(guī)律
1.形核
在真空蒸發(fā)鍍技術(shù)中,膜層粒子以原子的形態(tài)從蒸發(fā)源蒸發(fā)出來后,在高真空中徑直飛向工件,在工件表面通過形核、長大的方式形成膜層。真空蒸發(fā)鍍時,膜層原子從蒸發(fā)源逸出時的能量約 0.2eV。當(dāng)膜層粒子間的凝聚力大于膜層原子與工件之間的結(jié)合力時,形成島狀晶核。單個膜層原子在工件表面滯留的時間里做無規(guī)則的運動、擴散、遷移,或與其他原子相碰撞形成原子團原子團中原子的數(shù)量達到某一臨界值時,就形成了穩(wěn)定的晶核,稱均質(zhì)形核。
一般工件表面不是絕對平滑,包含有許多缺陷和臺階,這造成了工件不同部位對人射原子吸附力的差異。缺陷的表面吸附能大于正常表面,因而成為活性中心,有利于優(yōu)先形核,稱異質(zhì)形核。當(dāng)凝聚力與結(jié)合力相當(dāng),或膜層原子與工件結(jié)合力大于膜層原子間的凝聚力時,形成層狀結(jié)構(gòu)。離子鍍膜技術(shù)中,多數(shù)情況為形成島狀核心。
2.生長
當(dāng)薄膜的核心形成后,繼續(xù)捕獲入射原子而長大。各島狀原子團一邊長大一邊相互結(jié)合成為更大的半球,逐漸形成遍布于工件表面的半球形島狀膜層。
當(dāng)膜層原子能量較高時,可以在表面充分擴散,且后續(xù)來的原子團較細小時可以形成平滑的連續(xù)膜。如果原子在表面的擴散能力弱,沉積的原子團的尺寸較大時,則以大型的半島晶核的形態(tài)存在。島狀核心的頂部,對凹下部分有很強的遮蔽作用,即產(chǎn)生“陰影效應(yīng)”。凸出表面的部分更有利于捕獲后續(xù)沉積原子而優(yōu)先生長,使表面的凹凸程度越發(fā)增大形成足夠大的錐狀晶或柱狀晶。錐狀晶間形成穿透空隙,表面粗糙度值增大。在高真空度下可獲得細密的組織,隨真空度的降低,膜層組織越來越粗大。