Was ist ein PVD-Tiegel für die Vakuumverdampfung?

Die Vakuumverdampfung ist eine der ältesten Methoden der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD). Zu den gängigen Verfahren gehören die thermische Verdampfung, die Elektronenstrahlverdampfung, das Sputtern und die Bogenverdampfung. Bei der thermischen Verdampfung wird ein Ausgangsmaterial unter Hochvakuum erhitzt, bis es verdampft. Die Heizvorrichtung, die als Verdampfungsquelle bezeichnet wird, hält das Beschichtungsmaterial in einem Tiegel. Während der Tiegel erhitzt wird, verdampft das Material entweder aus seiner flüssigen Phase oder sublimiert direkt aus dem festen Zustand, und der entstehende Dampf kondensiert auf der Substratoberfläche und bildet einen dünnen Film. Zu den typischen Erhitzungsmethoden gehören die Widerstandserwärmung und die Hochfrequenz-Induktionserwärmung.

Rolle und Aufbau von Verdampfungstiegeln

An evaporation crucible is a key component in thermal evaporation processes. It is used to hold the material during heating and vaporization. These crucibles are typically shaped like bowls or cylinders, though custom shapes are also available. Alumina (Al₂O₃) is commonly used due to its high melting point, thermal stability, and resistance to chemical corrosion, making it suitable for many high-temperature deposition applications.

Verdampfungstiegel sind bei Verfahren wie der Dünnschichtabscheidung, der Vakuumabscheidung und der PVD-Beschichtung unverzichtbar. Sie dienen als Hochtemperaturbehälter, in denen das Ausgangsmaterial aufbewahrt wird und die dazu beitragen, die Reinheit der abgeschiedenen Schicht zu erhalten.

Tiegelauskleidungen: Wann und warum man sie verwendet

Evaporation crucibles can be either with or without Crucible liners, depending on the application. A liner is a small container placed inside the crucible to isolate the source material from the crucible wall. It helps prevent reactions, corrosion, or mechanical damage caused by molten material or thermal stress during cooling.

Zu den gängigen Auskleidungsmaterialien gehören Molybdän (Mo), Tantal (Ta), Wolfram (W), Nickel (Ni) und pyrolytisches Bornitrid (PBN).

For example, an Al₂O₃ crucible with a PBN liner is suitable for aluminum evaporation at temperatures up to 1300°C.

Materialien, die direkt in Aluminiumoxid-Tiegeln verdampft werden können

Einige Materialien benötigen keine Auskleidungen, wenn sie mit keramischen Tiegeln mit hoher Tonerde verwendet werden, da sie bei Arbeitstemperaturen nicht schmelzen oder mit dem Tiegel reagieren. Beispiele hierfür sind:

• Chrom (Cr): Sublimiert bei ca. 1650 °C unter Umgehung der flüssigen Phase, wodurch das Risiko einer Beschädigung des Tiegels minimiert wird.

• Gold (Au): Kann direkt in einem Schmelztiegel aus reinem Aluminiumoxid bei 1550-1600°C verdampft - werden.

• Bor (B): Funktioniert bei hohen Temperaturen, kann aber bei Temperaturen über 1600°C den Tiegel korrodieren lassen, daher ist Vorsicht geboten.

• Kobalt (Co): Es verdampft bei ca. 1640°C und kann ohne Liner verwendet werden.

• Iron (Fe): Kann mit Metallauskleidungen reagieren, weshalb Aluminiumoxid die bessere Wahl ist. Empfohlene Temperatur: 1550-1600°C.

Germanium (Ge): Empfindlich gegenüber schnellen Temperaturschwankungen. Es wird eine kontrollierte Erwärmung/Abkühlung und eine stabile Temperatur um 1500°C empfohlen.

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