Tecnología relacionada con la preparación de película delgada óptica - Tecnología de vacío

- Jun 29, 2019-

Tecnología relacionada con la preparación de película delgada óptica - tecnología de vacío

 

El vacío es la base para la preparación de películas delgadas ópticas. En la actualidad, la mayoría de las películas delgadas se preparan en condiciones de vacío. Este artículo presenta brevemente los conocimientos básicos de vacío relacionados con la preparación de película delgada óptica.

 

1. Descubrimiento del vacío.

En 1641, Torricelli, un matemático italiano, llenó un largo tubo de vidrio con mercurio en un extremo y luego lo invirtió lentamente en un recipiente lleno de mercurio. La altura máxima de la columna de mercurio dentro del tubo era de 76 centímetros. Si se reemplaza el mercurio con agua, la altura máxima de la columna es de 10,3 metros.

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2. Definición y unidad de vacío.

Un vacío es un estado de gas en un espacio dado a menos de una presión atmosférica. El vacío generalmente se representa por vacío, y el vacío se mide por presión (fuerza por unidad de área). La unidad de medida legal de presión es Pascal (Pascal), que es una unidad de metros por kilogramo por segundo. Es el sistema internacional de unidades (SI), o Pa, que se recomienda internacionalmente en la actualidad. En la actualidad, hay varias unidades antiguas todavía en uso en tecnología de ingeniería práctica. La relación de conversión entre varias unidades antiguas y PASCAL es la siguiente:

(1) atmósfera estándar (ATM):
1 ATM = 1.01325 х 105 pa = 760 Torr.
(2) Torr:
1 ATM Torr = 1/760 = 133.3 Pa.
(3) barra:
1 barra = 1 cajero automático = 1000 mbar
(4) mbar:
1 mbar = 7.5 х 10-1 Torr = 100 pa.

 

3. El papel del vacío en la película fina.

Todo el tiempo, las moléculas de gas están en movimiento térmico irregular, y están chocando constantemente entre sí, así como con la pared del contenedor. En condiciones normales, las moléculas de la densidad del gas son aproximadamente 3 x 1019 / centímetro cúbico, cada una de las moléculas de aire a 1010 veces por segundo. Las moléculas de un gas no se mueven en línea recta, sino en una línea discontinua que cambia de dirección cuando chocan. Si la película se reviste en un entorno de este tipo, las partículas que se evaporan colisionarán frecuentemente con otras moléculas y cambiarán de dirección constantemente, lo que aumentará la probabilidad de reacción con otras moléculas, y la velocidad de evaporación y el espesor de la película no se controlarán. Para evitar estas desventajas, tenemos que hacerlo en un vacío.

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La división de la región de vacío. Para conveniencia de la discusión y la aplicación práctica, el vacío a menudo se divide en cuatro zonas: vacío grueso (> 103 Pa), vacío bajo (103 ~ 10-1pa), vacío alto (10-1 ~ 10-6pa) y vacío ultraalto (<> El espacio de gas del vacío basto es aproximado al estado atmosférico, y el movimiento térmico de las moléculas es la característica principal, y las características del gas son principalmente la colisión entre las moléculas de gas. El flujo de moléculas de gas de bajo vacío se transfiere gradualmente del estado de flujo viscoso al estado de flujo molecular. El flujo de gas en alto vacío es un flujo molecular, que está dominado por la colisión entre las moléculas de gas y la pared del vaso, y la frecuencia de colisión se reduce considerablemente. El material vaporizado en alto vacío volará en línea recta.

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El grado de vacío es la expresión macroscópica del movimiento térmico de las moléculas de gas, y hay otro parámetro microscópico "ruta libre": la distancia entre dos colisiones adyacentes de moléculas de gas, cuyo promedio estadístico se llama "ruta libre promedio".

 

Establezca la distancia de viaje de las partículas vaporizadas N0 d, y el número de partículas no impactadas por el gas residual es:

 

Nd = N0e-d / l (1)
Porcentaje de moléculas colisionadas:

f = 1-nd / N0 = 1-ed / l (2)

 

De acuerdo con la ecuación (2), cuando la trayectoria libre promedio es igual a la distancia desde la fuente de evaporación a la base, el 63% de las partículas evaporadas colisionan. Si la trayectoria libre promedio aumenta en un factor de 10, el número de partículas que chocan disminuye al 9%. Se puede observar que las colisiones se pueden reducir efectivamente solo cuando el camino libre promedio es mucho más grande que la distancia desde la fuente de evaporación hasta la base.

 

Si el camino libre promedio es lo suficientemente grande y satisface la condición l >> d, entonces hay

F material d / l (3)
Porque l≈0.667 / P (P es presión).
Sustituye la ecuación (4) en la ecuación (3) para obtener: f≈1.5dP (5)

 

Para garantizar la calidad de la capa de película, f f 10-1. Cuando la distancia de la fuente de evaporación a la base d = 30 cm, P 2.2 × 10-3pa. De acuerdo con la ecuación (5), cuanto mayor sea la cámara de vacío de la máquina de recubrimiento, y cuanto mayor sea la distancia entre la fuente de evaporación y el sustrato, mayor será el grado de vacío requerido.

 

El vacío desempeña dos funciones en la preparación de la membrana: una es reducir la colisión entre las partículas que se evaporan y otras partículas de gas, y la otra es inhibir la reacción entre las moléculas que se evaporan y otras moléculas de gas.

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IKSPVD, equipo de recubrimiento óptico PVD, IKS-OPT2700, contacto: iks.pvd@foxmail.com

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