3.2.2.Влияние различных факторов на скорость испарения металлов

Термодинамический анализ процесса термического испарения предполагает идеальность условий испарения: чистоту поверхности, отсутствие химических взаимодействий поверхности испарения с остаточной атмосферой и т. д. Рассмотрим влияние некоторых из этих факторов на скорость испарения.

3.2.2.1.Состояние поверхности металла

Скорость испарения металлов в значительной степени зависит от состояния их поверхности. Наличие на поверхности слоя окислов, более труднолетучих, чем сам металл, приводит к уменьшению скорости испарения.

Окисные пленки на поверхности металлов бывают трех типов:

защитные, предохраняющие металлы от дальнейшего окисления;

незащитные, к числу которых относятся пленки окислов, более летучих, чем основной металл;

пленки, в процессе образования которых развиваются трещины.

Первые значительно уменьшают скорость испарения, вторые влияют на нее в меньшей степени. У металлов, обладающих летучими окислами, скорость испарения может даже увеличиваться с увеличением давления остаточных газов в результате образования и испарения окислов. К числу таких металлов относятся вольфрам, молибден, германий, кремний. Аномально высокая скорость испарения золота и серебра в присутствии химически активных газов связана с образованием легколетучих промежуточных соединений, которые в дальнейшем могут диссоциировать и вступать во вторичные реакции.

С увеличением температуры защитные свойства окисных пленок могут исчезать. Так, например, никель при высоких температурах беспрепятственно испаряется через пленку окисла толщиной даже в несколько микрон, у таких металлов, как магний, кальций, барий, стронций, литий и др., образуются окисные пленки — пористые во всей области температур окисления.

3.2.2.2.Давление остаточных газов

Процесс вакуум-термического испарения определяется также степенью вакуума в системе, характеризуемой средней длиной свободного пробега молекул . Если расстояние d между источником испарения (испарителем) и поверхностью подложки соизмеримо или больше , то траектория движения атомов и молекул испаряемого материала имеет вид ломаной линии.

В реальных вакуумных камерах (вакуум 1.33-10 ^-3—1.33-10 ^-9 Па) испаряемые частицы должны распространяться практически в виде молекулярных пучков без столкновений и рассеяния.

3.2.2.3.Состав источника испаряемого вещества и некоторые другие факторы

Что касается состава источника испаряемого вещества, то скорость испарения при прочих равных условиях увеличивается с повышением концентрации испаряемого компонента, т. е. повышением давления паров. Наоборот, по мере испарения активность компонентов падает, а скорость испарения уменьшается.

Повышение температуры ускоряет процесс испарения, однако для разных компонентов это ускорение может быть различным. Это необходимо учитывать при испарении многокомпонентных композиций.

Скорость испарения, как и скорость всякого физического или химического процесса, в сильной степени зависит от скорости удаления из зоны реакции образующихся продуктов. Наличие остаточных газов тормозит испарение, так как уменьшается скорость диффузии паров в направлении подложки.

В этом плане динамические методы, к которым относятся молекулярно-лучевые процессы, протекающие в вакууме, имеют преимущества перед статическими, так как они позволяют получать приемлемые скорости испарения при относительно невысоких температурах.