简而言之，典型的热蒸发器在高真空范围内运行，基压在10⁻⁵至10⁻⁷托之间（约10⁻⁵至10⁻⁷毫巴）。所需的精确压力很大程度上取决于沉积材料和最终薄膜所需的纯度。
真空的核心目的不仅仅是去除空气，而是显著增加蒸发原子的平均自由程。这确保了它们从源头到基板以直线、不间断地行进，这是制造清洁、均匀、纯净薄膜的基本要求。
为什么真空对于沉积是必不可少的
实现高真空是热蒸发过程中最关键的步骤。没有它，由于两个主要的物理原理，沉积注定会失败。
污染问题
在大气压下，真空室充满了无数分子，主要是氮气、氧气和水蒸气。在这些条件下尝试沉积材料会导致它立即与这些污染物发生反应或被其覆盖。
高真空去除了绝大多数这些残余气体分子。这确保了您沉积的薄膜几乎完全由您的源材料组成，而不是不纯的氧化物和氮化物混合物。
平均自由程（MFP）的重要性
平均自由程（MFP）是粒子在与另一个粒子碰撞之前所走的平均距离。这个概念对于理解真空度为何重要至关重要。
在大气压下，MFP非常短——在纳米尺度。一个蒸发原子只会行进很小的距离就会与空气分子碰撞，将其散射到随机方向。
在高真空（例如，10⁻⁶托）下，MFP增加到几十米。由于腔室比这小得多，蒸发原子在统计学上保证会从源头到基板以直线行进，而不会发生任何碰撞。
确保视线沉积
这种长平均自由程产生了“视线”沉积。蒸发材料直接且均匀地从源头行进，只涂覆它能“看到”的表面。
这对于制造清晰的薄膜以及使用诸如阴影掩膜之类的技术至关重要，其中使用物理掩膜来图案化薄膜。如果原子因碰撞而散射，图案将变得模糊不清。
理解真空区域及其影响
并非所有真空都是相同的。压力水平决定了沉积环境的质量，并需要不同类型的抽气设备。
粗/低真空（> 10⁻³托）
这是抽气的第一阶段，通过机械泵（如旋片泵或涡旋泵）实现。此阶段只是从腔室中去除大部分空气。在此压力范围内无法进行高质量的沉积。
高真空（10⁻³至10⁻⁷托）
这是大多数热蒸发器的标准操作范围。达到粗真空后，二级泵（如涡轮分子泵或扩散泵）接管以实现更低的压力。这是平均自由程足够长以进行高质量沉积的范围。
超高真空（UHV）（< 10⁻⁹托）
UHV适用于对即使微量污染也无法接受的最敏感应用，例如分子束外延（MBE）或原始表面研究。实现UHV需要专用泵、全金属密封件以及称为“烘烤”的过程，以将捕获的水分子从腔室壁中排出。
真空不足的后果
在真空度上偷工减料将直接且负面地影响您的结果质量。
氧化和不纯薄膜
如果基压过高，铝、铬或钛等活性材料会很容易与残余氧气和水蒸气反应。您将沉积的是混浊的、电阻性的金属氧化物，而不是纯金属薄膜。
薄膜附着力差
不良真空中的污染物可能在沉积之前和期间沉降在基板表面。这层微观污垢会阻止沉积薄膜形成牢固的结合，导致其容易剥落或脱落。
不均匀和散射涂层
如果压力高到足以缩短平均自由程，蒸发原子将被散射。这会阻止形成清晰、均匀的涂层，并使得使用阴影掩膜进行精确图案化变得不可能。
根据您的应用匹配真空度
理想的真空度是您特定目标的一个函数。更高的真空度总是对薄膜纯度更好，但代价是更长的抽气时间和更复杂的设备。
- 如果您的主要重点是常规沉积非活性金属（例如，金、银）：1x10⁻⁶托的基压对于大多数应用来说是一个稳健而有效的目标。
- 如果您的主要重点是沉积活性材料（例如，铝、铬、钛）：争取您的系统能达到的最低基压，理想情况下在10⁻⁷托的低端，以最大程度地减少氧化。
- 如果您的主要重点是制造研究级、原子纯薄膜：您需要超越标准热蒸发，进入专用的UHV系统，该系统专为实现极致纯度而设计。
最终，控制真空环境是决定您沉积薄膜质量、纯度和性能的基础步骤。
总结表：
| 真空度 | 压力范围（托） | 在热蒸发中的目的 |
|---|---|---|
| 粗/低真空 | > 10⁻³ | 初始抽气；不适合沉积 |
| 高真空 | 10⁻³至10⁻⁷ | 清洁、均匀薄膜的标准操作范围 |
| 超高真空（UHV） | < 10⁻⁹ | 用于超纯薄膜（例如，MBE，敏感研究） |
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