9.4. Расчет толщины покрытий, осаждаемых в вакууме.

В общем случае толщина покрытия, осаждаемого на подложке, зависит от геометрической формы поверхности испарения и поверхности подложки и их взаимного расположения.

Расчет толщины покрытия производят при условии выполнения законов Кнуд- сена, которые являются аналогами законов рассеяния света (законов Ламберта).

Первый закон: Интенсивность атомного потока (плотности потока атомов ме-

талла) J, испускаемого из точечного источника, обратно пропорциональна квадрату расстояния r от источника до точки регистрации

_{J ~} ¹ _.

r ²

_{Второй закон: Интенсивность атомного потока, исходящего из элементарного}

_{плоского источника, пропорциональна}

cos

J~ cos ,

где  - угол между направлением распространения потока и нормалью к по- верхности испарения.

Эти законы справедливы, если вакуум достаточно высокий и длина свободного

_{пробега}

_{  d}

_{(d – характерный размер вакуумной камеры) и интенсивность}

атомного пучка относительно низка (взаимным рассеянием атомов в потоке можно пренебречь).

Расчеты толщины осаждаемого покрытия проводят, как правило, при допу- щении, что коэффициент конденсации примерно равен единице.

29

В зависимости от формы рабочей поверхности все испарители условно разде- ляют на точечные, плоские, цилиндрические. Любую поверхность испарителя можно рассматривать, как совокупность точечных и плоских элементарных ис- точников испарения.

-

Расчет толщины покрытия, осаждаемого из точечного испарителя Характерная особенность точечных испарителей заключается в том, что они излучают одинаково по всем направлениям.

Пусть мы имеем площадку dS, расположенную под углом Θ к направлению распространения испаренных атомов (рис. 6).

n

^θ _dS

dS΄

_dw

Рис. 6. Нанесение покрытия из точечного испари- теля.

Скорость испарения из точечного испарителя m (кг/с). На поверхность dS будут осаждаться все атомы, испаренные в телесном угле dω. Испаряющееся в единицу времени в этом телесном угле количество вещества

Учтем, что

dS ^/

 dS cos

_{dm } ^m

^4

_{и dw } ^cos _{dS .}

r ²

dw .

Следовательно количество вещества, осаждаемого на площадке в единицу

_{времени,}

dm 

_{Тогда скорость роста покрытия}

m

4r ²

cosdS .

_{ } ^dm

^dS

(м/с),

_{ } ^m

4r ²

cos .

_{6.7.2.Расчет толщины покрытия, осаждаемого из плоского испарителя}

_θ ^{Пусть с элементарной площадки dS}₂ ^{происходит}

ⁿ испарение со скоростью m кг/с (рис. 7).

φ

_dw

^dS₂

Рис.7. Испарение из плоского испарителя.

30

Тогда на площадку dS с учетом второго закона Кнудсена в единицу времени осаждается покрытие массой dm

С учетом того, что покрытия

_{dw } ^cos _dS

^{r 2}

_{dm } ^m _{cosdw .}

^

получим массовую и линейную скорости роста

dm 

m

_r ²

cos cosdS ,

_{ } ^dm _

dS

m

_r ² _

cos cos .

В ряде случаев пи нанесении вакуумных покрытий важным является осажде- ние равнотолщинных слоев. Это требование достигается путем использования следующих технологических приемов:

1.В результате определения расчетным методом оптимального количества и порядка размещения испарителей в вакуумной камере. Данный метод является основным при нанесении покрытий на рулонные материалы (полимерные плен- ки, фольги и т.д.).

2.Перемещением деталей в потоке испаряемых частиц. При этом размеры дета- лей должны быть достаточно малыми.

3.Перемещением испарителей в вакуумной камере.

4.Применение нагреваемых или не нагреваемых экранов, подвижных заслонок и т.д.

31

Лекция 10. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ АКТИВНОЙ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ. АНТИФРИКЦИОННЫЕ И ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО МЕТОДА УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ УПРОЧНЕНИЯ.