Резистивне термічне випаровування у вакуумі
Всі речовини в залежності від температури нагрівання можуть перебувати в одному з трьох фазових (агрегатних) станів: твердому, рідкому або газоподібному (пароподібному)
Умовною практично встановленою температурою випаровування вважається температура, при якій тиск насиченої пари речовини становить приблизно 1,3 Па.
Деякі речовини мають температуру випаровування нижче за температуру плавлення, ті. вони досить інтенсивно випаровуються із твердого стану. Процес переходу речовини з твердого стану в пароподібний, минаючи рідку фазу, називають сублімацією ( сублімацією).
Рухаючись від випарника до основи з енергією, молекула при зіткненні з основою віддає їй частину своєї енергії. Іншу частину своєї енергії молекула витрачає на міграцію по поверхні підкладки, втрачаючи поступово цю енергію і прагнучи теплової рівноваги з підкладкою, в той же час міграція молекули вздовж підкладки відбувається в потенційному полі, рельєф якого характеризується наявністю "пагорбів" і "ям" і представляє собою розподіл сил зв'язку (сил Ван-дер-Ваальса) поверхнею підкладки.
У процесі міграції можливі такі результати:
1) зустрівши на шляху руху потенційну "яму" (сильний зв'язок із підкладкою), молекула втрачає надлишок енергії та фіксується на підкладці (конденсується), стаючи центром кристалізації;
2) зустрівши на шляху руху потенційний "горб" (слабкий зв'язок з підкладкою) і володіючи достатнім надлишком енергії, молекула залишає підкладку (реіспарення);
3) зустрівши на шляху руху іншу мігруючу молекулу, вона вступає з нею в сильний (металевий) зв'язок, внаслідок чого рухливість групи та ймовірність її десорбції значно падають. При досить великому поєднанні молекул така групаповністю втрачає здатність мігрувати та фіксується на підкладці, стаючи центром кристалізації.
Навколо окремих центрів кристалізації відбувається зростання кристалів, які згодом зростаються та утворюють суцільну плівку. Підвищення температури підкладки за інших незмінних умов збільшує енергію адсорбованих молекул, підвищується ймовірність десорбції одиночних молекул у потенційних "ямах". Таким чином, стійкими можуть бути лише великі групові утворення молекул. При досить високій температурі підкладки (званої критичною) ймовірність реіспарення стає рівною одиниці і конденсації не відбувається. Зі збільшенням швидкості випаровування критична температура підкладки зростає, зростає ймовірність виникнення дрібнокристалічної плівки, аж до аморфної.
Процес випаровування та якість нанесених плівок значною мірою визначаються типом і конструкцією випарників, які можуть мати резистивний або електронно-променевий нагрів.
Резистивним нагріванням називають нагрівання електропровідного тіла, що має високий електричний опір при проходженні через нього електричного струму.
Переваги резистивного нагріву - високий ККД, низька вартість обладнання, безпека в роботі та малі габаритні розміри. Факторами, що обмежують застосування випарників з резистивним нагріванням є можливість забруднення плівки, що наноситься матеріалом нагрівача, а також
малий ресурс роботи через старіння (руйнування) нагрівача, що потребує його періодичної заміни.
Випарники цього типу різних конструктивних варіантів можуть бути з безпосереднім або з непрямим нагріванням речовини, що випаровується.
Матеріали, що використовуються для виготовлення випарників,повинні відповідати таким вимогам:
1) випаровування матеріалу випарника при температурі речовини, що випаровується, повинна бути зневажливо малою;
2) для хорошого теплового контакту матеріал випарника повинен добре змочуватися розплавленою речовиною, що випаровується;
3) між матеріалом випарника і речовиною, що випаровується, не повинні відбуватися ніякі хімічні реакції, так як це призводить до забруднення плівок, що наносяться, і руйнування випарників.
У випарниках з безпосереднім нагріванням струм у кілька десятків ампер проходить безпосередньо через матеріал, що випаровується. Такий метод випаровування може бути застосований тільки для матеріалів, що сублімуються, тобто. металів, температура плавлення яких вища за температуру випаровування
Основна перевага цих випарників - відсутність теплового контакту між їх нагрітими елементами і металом, що випаровується, що забезпечує високу чистоту плівки, що наноситься. Однак вони забезпечують низьку швидкість випаровування, дають можливість випаровувати малу кількість матеріалу, який може бути використаний тільки у вигляді стрічки або дроту, а також не дозволяє випаровувати діелектрики та більшість металів.