L'evaporazione termica è una tecnica di deposizione fisica da vapore (PVD) in cui un materiale viene riscaldato in un ambiente ad alto vuoto fino a vaporizzarlo e il vapore si deposita su un substrato per formare un film sottile. Questo metodo è noto per la sua semplicità ed efficienza, che lo rende una scelta popolare per varie applicazioni.
Dettagli del processo:
-
Riscaldamento del materiale: Il materiale da evaporare viene posto in una barca resistiva o in un crogiolo all'interno di una camera a vuoto. Viene riscaldato elettricamente attraverso il riscaldamento joule o utilizzando come contenitore un materiale con un punto di fusione più elevato. Il riscaldamento continua fino a quando il materiale non raggiunge il punto di evaporazione, in cui gli atomi della superficie acquistano energia sufficiente per lasciare la superficie.
-
Vaporizzazione e deposizione: Una volta vaporizzato il materiale, le molecole di vapore viaggiano attraverso la camera a vuoto. L'ambiente del vuoto garantisce che le molecole possano muoversi senza collidere con altre particelle, mantenendo la loro direzione e la loro energia (in genere inferiore a 1 eV). Il percorso libero medio nella camera deve essere più lungo della distanza tra la sorgente di evaporazione e il substrato, che viene in genere mantenuto a una pressione di 3,0 x 10^-4 Torr o inferiore.
-
Formazione del film sottile: Le molecole di vapore si depositano su un substrato posizionato sopra la sorgente. Il substrato può essere posizionato a varie distanze, in genere tra 200 mm e 1 metro. Quando le molecole raggiungono il substrato, nucleano e formano un rivestimento in film sottile. Questo processo è adatto a un'ampia gamma di materiali, tra cui metalli come alluminio, argento, nichel e altri.
Applicazioni e considerazioni:
- Semplicità e versatilità: L'evaporazione termica è favorita dalla semplicità di funzionamento e dalla capacità di depositare diversi materiali. È particolarmente utile per le applicazioni che richiedono rivestimenti di film sottili su substrati.
- Requisiti del vuoto: L'ambiente sotto vuoto è fondamentale per prevenire le collisioni delle molecole di vapore con altre particelle, garantendo un processo di deposizione pulito ed efficiente. La pressione nella camera viene mantenuta per consentire al percorso libero medio di superare la distanza dal substrato, ottimizzando il processo di deposizione.
- Miglioramenti: In alcune configurazioni, è possibile utilizzare contemporaneamente una sorgente di fasci ionici per modificare le proprietà del film depositato, ad esempio aumentandone la densità o alterando altre caratteristiche.
Conclusioni:
L'evaporazione termica è una tecnica PVD fondamentale che sfrutta i principi di vaporizzazione e condensazione per depositare film sottili su substrati. La sua semplicità, unita alla capacità di lavorare con una varietà di materiali, la rende un metodo versatile e ampiamente utilizzato nel campo della scienza e dell'ingegneria dei materiali.
