การเตรียมฟิล์มบางสำหรับเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง - เทคโนโลยีสุญญากาศ

เทคโนโลยีการเตรียมฟิล์มบางแบบแสง - เทคโนโลยีสุญญากาศ

สูญญากาศเป็นพื้นฐานสำหรับการเตรียมฟิล์มบางออปติคอล ปัจจุบันฟิล์มบางส่วนส่วนใหญ่จัดทำขึ้นภายใต้สภาวะสุญญากาศ บทความนี้แนะนำสั้น ๆ เกี่ยวกับความรู้เกี่ยวกับสุญญากาศพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการเตรียมฟิล์มบางแบบออปติคอล

1. การค้นพบสูญญากาศ

ในปี ค.ศ. 1641 ทอร์ริเชลลีนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาเลียนได้บรรจุหลอดแก้วที่มีปรอทยาวปลายด้านหนึ่งแล้วค่อย ๆ คว่ำลงในภาชนะที่เต็มไปด้วยปรอท ความสูงสูงสุดของคอลัมน์ปรอทภายในท่อคือ 76 เซนติเมตร หากปรอทถูกแทนที่ด้วยน้ำความสูงสูงสุดของคอลัมน์คือ 10.3 เมตร

2. คำจำกัดความและหน่วยของสุญญากาศ

สูญญากาศเป็นสถานะของก๊าซในพื้นที่ที่กำหนดที่ความดันบรรยากาศน้อยกว่าหนึ่ง สูญญากาศมักจะแสดงโดยสูญญากาศและสูญญากาศวัดจากความดัน (แรงต่อหน่วยพื้นที่) หน่วยวัดความดันตามกฎหมายคือ Pascal (Pascal) ซึ่งเป็นหน่วยเมตรต่อกิโลกรัมต่อวินาที มันเป็นระบบระหว่างประเทศของหน่วย (SI) หรือ Pa ซึ่งเป็นที่แนะนำในระดับสากลในปัจจุบัน ในปัจจุบันมีหน่วยเก่าหลายแห่งที่ยังคงใช้งานอยู่ในเทคโนโลยีวิศวกรรมในทางปฏิบัติ ความสัมพันธ์การแปลงระหว่างหลายหน่วยเก่าและ PASCAL เป็นดังนี้:

(1) บรรยากาศมาตรฐาน (ATM):
1 ATM = 1.01325 х 105 pa = 760 Torr
(2) Torr:
1 ATM Torr = 1/760 = 133.3 ต่อปี
(3) บาร์:
1 บาร์ = 1 ATM = 1,000 mbar
(4) mbar:
1 mbar = 7.5 х 10-1 Torr = 100 pa

3. บทบาทของสูญญากาศในการชุบฟิล์มบาง

ตลอดเวลาโมเลกุลของก๊าซจะมีการเคลื่อนที่ของความร้อนที่ผิดปกติและมันจะชนกันอย่างต่อเนื่องเช่นเดียวกับผนังของภาชนะบรรจุ ภายใต้สภาวะปกติโมเลกุลของความหนาแน่นของก๊าซจะอยู่ที่ประมาณ 3 х 1019 / ลูกบาศก์เซนติเมตรซึ่งแต่ละโมเลกุลของอากาศจะอยู่ที่ 1,010 ครั้งต่อวินาที โมเลกุลของก๊าซจะไม่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แต่เป็นเส้นที่แตกหักซึ่งจะเปลี่ยนทิศทางเมื่อเกิดการชน หากฟิล์มถูกเคลือบในสภาพแวดล้อมเช่นนี้อนุภาคที่ระเหยจะชนกับโมเลกุลอื่น ๆ บ่อยครั้งและเปลี่ยนทิศทางอย่างต่อเนื่องซึ่งจะเพิ่มความน่าจะเป็นที่จะเกิดปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่น ๆ และอัตราการระเหยและความหนาของฟิล์มจะไม่ถูกควบคุม เพื่อหลีกเลี่ยงข้อเสียเหล่านี้เราต้องทำในสุญญากาศ

การแบ่งเขตสูญญากาศ เพื่อความสะดวกในการพูดคุยและการใช้งานจริงสูญญากาศมักจะแบ่งออกเป็นสี่โซน: สูญญากาศหยาบ (> 103Pa), สูญญากาศต่ำ (103 ~ 10-1 pa), สูญญากาศสูง (10-1 ~ 10-6 pa) (<10-6> พื้นที่ก๊าซของสูญญากาศหยาบมีค่าใกล้เคียงกับสภาพบรรยากาศและการเคลื่อนที่ของโมเลกุลความร้อนเป็นคุณสมบัติหลักและลักษณะของก๊าซส่วนใหญ่จะเป็นการชนกันระหว่างโมเลกุลของก๊าซ การไหลของโมเลกุลก๊าซสูญญากาศต่ำจะค่อย ๆ ถ่ายโอนจากสถานะการไหลแบบหนืดไปยังสถานะการไหลของโมเลกุล การไหลของก๊าซในสุญญากาศสูงคือการไหลของโมเลกุลซึ่งถูกครอบงำโดยการชนระหว่างโมเลกุลก๊าซและผนังหลอดเลือดและความถี่ในการชนจะลดลงอย่างมาก วัสดุที่ระเหยในสุญญากาศสูงจะลอยเป็นเส้นตรง

.

ระดับสุญญากาศเป็นการแสดงออกด้วยตาเปล่าของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลก๊าซและมีพารามิเตอร์ทางจุลภาคอีกอย่างหนึ่งคือ "เส้นทางอิสระ": ระยะห่างระหว่างการชนกันสองครั้งที่ติดกันของโมเลกุลก๊าซซึ่งค่าเฉลี่ยทางสถิติเรียกว่า

กำหนดระยะการเคลื่อนที่ของอนุภาคไอ N0 d และจำนวนของอนุภาคที่ไม่ได้รับผลกระทบจากก๊าซตกค้างคือ:

Nd = N0e-d / l (1)
ร้อยละของโมเลกุลชนกัน:

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

ตามสมการ (2) เมื่อเส้นทางอิสระโดยเฉลี่ยเท่ากับระยะทางจากแหล่งกำเนิดการระเหยไปยังฐาน 63% ของอนุภาคระเหยชนกัน หากเส้นทางอิสระโดยเฉลี่ยเพิ่มขึ้น 10 เท่าจำนวนการชนกันของอนุภาคจะลดลงเป็น 9% จะเห็นได้ว่าการชนสามารถลดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพเฉพาะเมื่อเส้นทางฟรีโดยเฉลี่ยมีขนาดใหญ่กว่าระยะทางจากแหล่งระเหยไปยังฐานมาก

หากเส้นทางฟรีโดยเฉลี่ยมีขนาดใหญ่พอและเป็นไปตามเงื่อนไข l >> d แสดงว่ามี

วัสดุ F d / l (3)
เพราะl≈0.667 / P (P คือความดัน)
สมการแทน (4) เป็นสมการ (3) เพื่อรับ: f≈1.5dP (5)

เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของชั้นฟิล์มให้ f ≤ 10-1 เมื่อระยะห่างจากแหล่งการระเหยถึงฐาน d = 30 ซม., P ≤ 2.2 × 10-3 pa ตามสมการ (5) ห้องสูญญากาศขนาดใหญ่ของเครื่องเคลือบจะยิ่งใหญ่ขึ้นและยิ่งระยะห่างระหว่างแหล่งระเหยและสารตั้งต้นนานเท่าใด

สุญญากาศมีบทบาทสองอย่างในการเตรียมเมมเบรน: หนึ่งเพื่อลดการชนระหว่างอนุภาคระเหยและอนุภาคก๊าซอื่น ๆ และอีกบทบาทหนึ่งคือยับยั้งปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลระเหยและโมเลกุลก๊าซอื่น ๆ

IKSPVD, อุปกรณ์เคลือบออปติคัล PVD, IKS-OPT2700, ติดต่อ: iks.pvd@foxmail.com