L'evaporazione termica è un metodo di deposizione fisica del vapore (PVD) in cui un materiale viene riscaldato in una camera ad alto vuoto fino a vaporizzarlo, formando un vapore che poi si condensa su un substrato per formare un film sottile.
Questo processo è particolarmente efficace per i materiali con basso punto di fusione ed è noto per la sua semplicità e il basso consumo energetico.
1. Impostazione del processo
L'evaporazione termica inizia con una camera a vuoto, generalmente in acciaio inossidabile.
All'interno di questa camera, un crogiolo o una barca in materiali refrattari come il tungsteno o il molibdeno contiene il materiale da depositare, noto come evaporante.
L'ambiente sottovuoto è fondamentale perché permette al vapore di viaggiare senza reagire o disperdersi contro altri atomi, garantendo un processo di deposizione pulito.
2. Riscaldamento e vaporizzazione
Il materiale viene riscaldato con una fonte di calore resistivo.
Il riscaldamento continua fino a quando il materiale raggiunge il punto di ebollizione e vaporizza, producendo una pressione di vapore.
Anche una pressione di vapore relativamente bassa è sufficiente nell'ambiente del vuoto per creare una nuvola di vapore.
L'importanza della pressione di vapore risiede nella sua capacità di facilitare la formazione di un flusso di vapore che può attraversare la camera.
3. Deposizione sul substrato
Il materiale evaporato, ora sotto forma di flusso di vapore, attraversa la camera da vuoto e raggiunge il substrato.
Al contatto, si condensa e aderisce al substrato, formando un film sottile.
Questo processo è delicato, con energie delle particelle evaporate intorno a 0,12 eV, adatte a materiali e substrati delicati.
4. Vantaggi e limiti
L'evaporazione termica è favorita dalla sua semplicità e dalla capacità di depositare metalli con bassi punti di fusione.
Tuttavia, presenta dei limiti nel trattamento di materiali ad alto punto di fusione, a causa dei vincoli di temperatura dei materiali del crogiolo.
La scelta del crogiolo e del metodo di riscaldamento (fili riscaldati elettricamente o crogioli conduttivi) dipende dalle proprietà del materiale e dalla qualità desiderata dello strato.
5. Requisiti del vuoto
La pressione di base nella camera viene mantenuta a un livello molto basso, in genere tra 10^-7 e 10^-5 mbar, per garantire la qualità della deposizione.
Questa bassa pressione è necessaria per prevenire la contaminazione e per consentire al vapore di raggiungere liberamente il substrato senza interferenze.
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