【正文】 另外，比較式 (式 9)和 (式 10)可以看出，兩種源在基片上所淀積的膜層厚度，雖然很近似，但是由于蒸發(fā)源不同，在給定蒸發(fā)材料、蒸發(fā)源和源 基距的情況下，平面蒸發(fā)源的最大厚度可為點蒸發(fā)源的四倍左右。 積分 (式 5) ， 即可得 C2=1／ ?，于是有： dm=m?cos? ? cos? ? dS/ (?r2) …… (式 6) 假設沉積薄膜的密度為 ?，則膜厚 t的表示式為： 點蒸發(fā)源： t=m?cos?/ (4??r2) …… (式 7) 小平面蒸發(fā)源： t= m?cos? ? cos?/ (??r2) …… (式 8) 假設 t0表示蒸發(fā)源法線方向上的膜厚 (即 ?=0， cos?=1) ，顯然 t0是基板平面內(nèi)所得到的 最大 蒸發(fā)膜厚： 點蒸發(fā)源： t0=m/ (4??r2) …… (式 9) 小平面蒸發(fā)源 (當 dS在小平面源正上方時 ?=0,?=0)： t0= m/ (??r2) …… (式 10) 假設 t0表示蒸發(fā)源法線方向上的膜厚，則垂直于法線的平面上膜厚分布 t/ t0如圖 25所示。即 遵從所謂余弦角度分布規(guī)律。 圖 24 對于一個小平面蒸發(fā)源，其蒸發(fā)發(fā)射特性具有方向性。 小平面蒸發(fā)源時，接收平面 dS2與蒸發(fā)源的相對位置如圖所示，圖中 ?： 平面蒸發(fā)源的法線與蒸發(fā)源和 dS之間的連線所構成的角度 。 一、理論分布 圖 23 假設一個點蒸發(fā)源 ,以每秒 m克的相同蒸發(fā)速率 向各個方向蒸發(fā)，則在單位時間內(nèi)，蒸發(fā)到一小的接收平面 (面積為 ds2)上的膜材量 dm為： dm=C1?m?cos? ? dS/r2 …… (式 3) 式中 r： 接收平面 dS到蒸發(fā)源的距離； ? ： dS的法線與蒸發(fā)源和 dS之間的連線所構成的角度； C1： 比例常數(shù)，它可以通過在整個接收面上的積分求出，其值為 1/4?（整個球面的空間立體角為 4? ） 。 (或發(fā)射 )特性 點蒸發(fā)源：一個很小的球 (點源 )，向各個方向的蒸發(fā)量相等。 2)小平面蒸發(fā)源 對于一個小平面蒸發(fā)源，其蒸發(fā)發(fā)射特性具有方向性。 1)點蒸發(fā)源 通常指能夠從各個方向蒸發(fā)等量材料的微小球狀蒸發(fā)源。 常用的蒸發(fā)源 蒸發(fā)源的種類繁多，如點蒸發(fā)源、小平面蒸發(fā)源、條狀蒸發(fā)源、環(huán)狀蒸發(fā)源等。 但是，這些假設對于在 103Pa或更低壓強下所進行的蒸發(fā)過程來說，與實際情形是非常接近的。 上述假設的實質(zhì)就是設每一個蒸發(fā)原子或分子，在入射到基板表面上的過程中均不發(fā)生任何碰撞，而且到達基板后又全部凝結。 人們十分關心的一個問題，就是鍍膜過程中膜厚是如何分布的。 22 蒸發(fā)源的蒸發(fā)特性及膜厚分布 在真空蒸發(fā)鍍膜過程中，能否在基板上獲得均勻膜厚，是制膜的關鍵問題。 3．熱傳導損失的熱量估計 如果按單層屏蔽熱傳導計算，則 Q3＝ ?F(T1T2)/S 式中 ?是電極 材料 的熱傳導系數(shù)； F為導熱 面積 ； S是導熱壁的 厚度 ； T1是高溫面溫度； T2是低溫面溫度。s 2．熱輻射損失的熱量估計 這部分損失的熱量與蒸發(fā)源的形狀、結構和蒸發(fā)源材料有關，可由下式估計 Q2= ? ??S?T4 式中 ?是斯特范 玻爾茲曼 (StefanBoltzmann)常數(shù) ? ＝ 1012 W／ cm2 應當指出，蒸發(fā)熱量 Q值的 80％以上是作為蒸發(fā)熱 L?(分子蒸發(fā)熱或氣化熱 )而消耗掉的。另外，對直接升華的物質(zhì)，Lm和 L?的值可不考慮。 mol)； Lm是固體的熔解熱 (cal／ mol)； L?是分子蒸發(fā)熱或氣化熱 (cal／ mol)； Tm是固體的熔點 (K)。 1．蒸發(fā)材料蒸發(fā)時所需熱量 如果將分子量為 M、 重量為 W克的物質(zhì)，從室溫 T0加熱到蒸發(fā)溫度 T所需的熱量為 Q1，則 式中 cs是固體比熱 (cal／ ℃ 五、蒸發(fā)所需熱量和蒸發(fā)粒子的能量 電阻式蒸發(fā)源所需熱量，除將蒸發(fā)材料加熱蒸發(fā)所需熱量外，還必須考慮蒸發(fā)源在加熱過程中產(chǎn)生的熱輻射和熱傳導所損失的熱量。但是，對于大多數(shù)真空系統(tǒng)來說，水汽是殘余氣體的主要組份。 除了蒸發(fā)源在實際蒸發(fā)時所釋放的氣體以外，當氣體壓強低于 104 Pa時，殘余氣體主要來源于：被解吸的吸附于真空室內(nèi)各種表面的吸附分子。這些殘余氣體分子存在于真空室密閉系統(tǒng)中，主要是由于真空系統(tǒng)表面的解吸作用、蒸發(fā)源的釋氣和真空泵的回流擴散現(xiàn)象所形成的。 應注意殘余氣體的組成 殘余氣體分子的存在，除對平均自由程有影響外，還會對膜層造成污染，故應注意殘余氣體的組成。 H p ? （ cm ? 由此可見，只有在平均自由程較源 基距大得多的情況下，才能有效減少蒸發(fā)分子在渡越過程中的碰撞現(xiàn)象。 )()( 2 18 cmdP T帕 ???? 顯然，平均自由程及蒸發(fā)分子與殘余氣體分子的碰撞都具有統(tǒng)計規(guī)律。 例：在 102 帕的氣體壓強下，蒸發(fā)分子在殘余氣體中的 ?大約為 50cm,這與真空鍍膜室尺寸接近。 蒸發(fā)分子的平均自由程計算公式 其中 d2是碰撞截面，約為幾個平方埃。 ) 蒸發(fā)分子的平均自由程 定義： 蒸發(fā)分子在兩次碰撞之間所飛行的平均距離稱為蒸發(fā)分子的 平均自由程 。因此，要獲得高純度的薄膜，就必須要求殘余氣體的壓強非常低。 表 21幾種典型氣體分子的碰撞次數(shù) 由上表可見，在殘余氣體壓強為 105托時，每秒鐘大約有 1015個氣體分子到達單位基板表面，而一般的薄膜淀積速率為幾埃／ s(大約 1個原子層厚 )。顯然，這些殘余氣體分子會對薄膜的形成過程乃至薄膜的性質(zhì)產(chǎn)生影響。（同學們鍍鋁膜實踐一下） 四、蒸發(fā)分子的平均自由程與碰撞幾率 蒸發(fā)分子的平均自由程 ： 真空室內(nèi)存在著兩種粒子，一種是蒸發(fā)物質(zhì)的原子或分子，另一種是殘余氣體分子。 2）蒸發(fā)速率正比于材料的飽和蒸氣壓；溫度變化 10％左右，飽和蒸氣壓就要變化一個數(shù)量級左右。 經(jīng)驗提示： 1）在蒸發(fā)溫度以上進行蒸發(fā)時，蒸發(fā)源溫度的微小變化即可引起蒸發(fā)速率發(fā)生很大變化。 必須指出，蒸發(fā)速率除與蒸發(fā)物質(zhì)的分子量、絕對溫度 T和蒸發(fā)物質(zhì)在溫度 T時的飽和蒸氣壓 P?有關外，還與 (1) 材料自身的表面清潔度有關； (2)特別是 蒸發(fā)源溫度的 變化 對蒸發(fā)速率影響極大。