Los materiales de película que depositan vapor- a presión normal no forman películas delgadas ideales. De hecho, si la presión no es lo suficientemente baja (o el vacío no es lo suficientemente alto), tampoco se conseguirán buenos resultados. Por ejemplo, cuando el vapor-deposita aluminio a 10 2 Torr, la película resultante no sólo es opaca, sino que incluso puede aparecer gris o negra. Su resistencia mecánica es extremadamente pobre y un ligero cepillado con un cepillo de pelo de ardilla-puede dañar la capa de aluminio.
La deposición de vapor debe realizarse bajo ciertas condiciones de vacío por las siguientes razones:
1. Un alto vacío garantiza que el camino libre medio de las moléculas vaporizadas sea mayor que la distancia desde la fuente de evaporación al sustrato. Debido al movimiento térmico de las moléculas de gas, las colisiones entre ellas son extremadamente frecuentes. Por lo tanto, a pesar de la alta velocidad de las moléculas de gas (hasta varios cientos de metros por segundo), chocan con otras moléculas varias veces a medida que avanzan. La distancia que recorre una molécula entre dos colisiones consecutivas se llama camino libre, y el promedio estadístico de los caminos libres de un gran número de moléculas se llama camino libre medio.
Dado que la presión del gas es proporcional al número de moléculas por unidad de volumen, el camino libre medio también es proporcional a la presión del gas. Durante la deposición de película delgada al vacío, cuando la distancia de deposición es mayor que el camino libre medio de las moléculas, se llama deposición de bajo vacío, mientras que cuando la distancia de deposición es menor que el camino libre medio de las moléculas, se llama deposición de alto vacío. Durante la deposición en alto vacío, las colisiones entre los átomos (o moléculas) evaporados y las moléculas de gas residual son insignificantes, por lo que los átomos vaporizados vuelan en línea recta hacia el sustrato. Esto permite que los átomos vaporizados, que llegan al sustrato con alta energía cinética, se condensen sobre el sustrato para formar una capa de película relativamente fuerte. Durante la deposición a bajo vacío, las colisiones pueden hacer que los átomos vaporizados cambien su velocidad y dirección, potencialmente incluso formando una colección de átomos de vapor en el espacio-similar a la formación de niebla por el vapor de agua en la atmósfera.
2. Un nivel de vacío más alto puede reducir la contaminación por gas residual. A niveles de vacío más bajos, la cámara de vacío contiene numerosas moléculas de gas residual (como oxígeno, nitrógeno, agua e hidrocarburos), que pueden representar una amenaza importante para la deposición de películas delgadas-. Estos gases chocan con moléculas de película vaporizadas, acortando su recorrido libre medio; chocan y reaccionan con la superficie de la película que se está formando; se alojan dentro de la película ya formada, erosionándola gradualmente; reaccionan con la fuente de evaporación a altas temperaturas, reduciendo su vida útil; y forman una capa de óxido en la superficie de la película evaporada, interrumpiendo el proceso de deposición.
Por lo tanto, elmáquina de recubrimiento al vacío por evaporaciónDebe estar en estado de vacío para cubrir la capa de película, de modo que la capa de película quede firme y libre de contaminantes.
