影响热蒸发沉积速率的主要系统变量是源材料的温度、从源到基板的距离以及真空腔室内的压力。被蒸发材料的固有特性，特别是其蒸汽压曲线，在确定可实现的速率方面也起着根本性的作用。
核心原理是两个因素之间的平衡：有多少原子从源头汽化（温度和材料类型的函数）以及其中有多少成功到达并附着在基板上（系统几何形状和真空压力的函数）。
主要驱动因素：光源温度和蒸汽压
在热蒸发中，您本质上是在真空中“煮沸”一种材料。它“沸腾”或蒸发的速率是唯一最重要的因素，这由温度控制。
功率输入的作用
您直接控制的变量是施加到加热元件（如电阻舟或电子束）上的电功率。这个功率输入决定了源材料的温度。
更高的功率会导致更高的源温度。
理解蒸汽压
每种材料都有一个特征性的蒸汽压，即其气相所产生的压力。这种压力随温度呈指数级增加。
源温度的微小增加会导致每秒离开源的原子数量急剧增加。这直接转化为更高的沉积速率。
材料本身是一个变量
您蒸发的特定材料是一个关键变量。像铝和金这样的材料在相对较低的温度下具有很高的蒸汽压，易于蒸发。
像钨或钽这样的耐火材料需要极高的温度才能达到相同的蒸汽压，从而达到相同的沉积速率。
几何因素：光源到基板的距离
腔室的物理布局决定了蒸发的原子中有多少百分比能够到达目标。蒸发源与基板之间的距离是关键的几何参数。
反比关系
到达基板的材料通量通常随着与光源距离的平方而减小。这意味着距离加倍可能会使沉积速率降低四倍。
因此，更短的光源到基板的距离会导致沉积速率显著提高。
对均匀性的影响
虽然距离缩短会提高速率，但可能会损害基板上的厚度均匀性。基板的中心比边缘沉积得更厚。
增加距离可以使蒸汽云在到达基板之前更均匀地扩散，从而以牺牲沉积速率为代价来提高均匀性。
环境因素：系统压力
热蒸发必须在高真空中进行，原因很简单：蒸发的原子需要一条清晰的路径到达基板。
平均自由程
真空的质量由其压力决定。该压力决定了平均自由程——汽化原子在与背景气体分子（如氮气或水蒸气）碰撞之前可以行进的平均距离。
对速率和纯度的影响
如果系统压力过高，平均自由程会变短。蒸发的原子会与背景气体碰撞，将它们散射到远离基板的方向。
这种散射直接降低了沉积速率，还可能导致这些气体分子作为杂质掺入您的最终薄膜中，从而影响其质量。
理解权衡
控制沉积速率不是要最大化单个变量，而是在您的特定目标中找到最佳平衡。
速率与薄膜质量
为获得更快的速率而积极提高源温度可能会导致熔融材料“飞溅”，喷射出微小液滴，从而在薄膜中产生缺陷。这也可能导致不必要的辐射加热，可能损坏敏感的基板。
均匀性与速率
高均匀性和高沉积速率的目标是直接对立的。增加光源到基板的距离可以提高均匀性，但会大大降低沉积速率，从而延长工艺时间和浪费源材料。
压力与工艺时间
实现非常高的真空（低压力）可确保清晰的路径和高薄膜纯度，但这需要较长的抽真空时间。对于高通量应用，您可能需要接受稍高的基准压力以减少总循环时间。
优化您的沉积工艺
您的方法应由最终薄膜所需的特性决定。
- 如果您的主要重点是最大化沉积速率： 优先考虑提高源温度（功率）并使用尽可能短的光源到基板的距离，同时接受均匀性方面的潜在妥协。
- 如果您的主要重点是最大化薄膜均匀性： 使用较长的光源到基板的距离并考虑基板旋转，但要接受这会显著降低沉积速率并延长工艺时间。
- 如果您的主要重点是最大化薄膜纯度： 在开始沉积之前，花时间在腔室中实现尽可能低的基准压力，以确保最长的平均自由程。
掌握这些相互关联的变量可以使您精确控制薄膜的生长和最终特性。
总结表：
| 变量 | 对沉积速率的影响 | 关键权衡 |
|---|---|---|
| 源温度 | 温度越高，呈指数级增加 | 薄膜缺陷（飞溅）和基板损坏的风险 |
| 光源到基板的距离 | 速率随距离的平方而降低 | 距离越短，薄膜均匀性越差 |
| 腔室压力 | 压力越高，原子散射导致的速率降低 | 压力越低，为获得更高纯度而增加的工艺时间 |
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