真空蒸发镀膜过程解析
在真空蒸发镀膜的过程中，膜材表面蒸发的粒子以固定速度沿直线运动，直至与其他粒子发生碰撞。当这些粒子在真空室内以气相形式存在时，如果其浓度以及残余气体的压力都较低，这些粒子就能保持直线飞行从蒸发源至基片。相反，高压力或高浓度的环境则可能导致粒子间的碰撞，从而改变其运动方向。为了确保粒子能够顺利到达基片并减少散射现象，将真空室内抽成高真空状态是必要的。
当蒸发粒子的平均自由程大于蒸发源与基片之间的距离（简称蒸距）时，就能达到充分的真空条件。设蒸距为L，而λ代表气体分子的平均自由程。假设从蒸发源蒸发的蒸汽分子数为N0，在L距离内因碰撞而散射的蒸汽分子数为N1。那么，N1与N0之间的关系可以表示为公式（1）：
N1/N0 = 1-exp(L/λ)
在室温（25℃）和气体压力为p（Pa）的条件下，残余气体分子的平均自由程可用公式（2）计算得出：
λ = 6.65×10-1/pcm
据上式，当室温下气体压力为10-2 Pa时，其平均自由程为66.5cm，意味着一个分子在与其他分子发生两次碰撞之间约飞行了66.5cm的距离。
碰撞影响与散射控制
图2展示了蒸发粒子在飞向基片过程中发生碰撞的比例与气体分子实际路程与平均自由程之比的关系。通过图表可以看出，当λ等于L时，大约有63%的蒸发分子会发生碰撞。若平均自由程增加10倍，散射的粒子数将减少到9%。为了有效减少蒸发粒子的散射现象，其平均自由程必须远大于蒸距。现代蒸发镀膜机的蒸距通常不超过50cm，因此为了防止大量散射，真空镀膜室的起始真空度需高于10-2 Pa。
高纯度膜层的制备要点
在真空蒸发镀膜过程中，为了获得高纯度的膜层，需要确保膜材原子或分子到达基片的速率大于残余气体到达基片的速率。尤其对于活性金属材料基片而言，因其清洁表面的粘着系数接近于1，所以这一点尤为重要。在10-2 Pa至10-4 Pa的压力范围内蒸发时，需合理设计镀膜设备的抽气系统，以保证膜材蒸汽分子的速率优势。
残余气体的管理与膜层质量
值得注意的是，真空室内残余气体的主要成分之一是水蒸气。水气与金属膜层或蒸发源都可能发生化学反应，产生氧化物并释放氢气。为减少这种反应和提高膜层质量，可以通过提高真空室内的温度以促进水气的分解。还需注意蒸发源在高温下的放气问题，采取适当的措施如加热去气等来优化膜层质量。
结语与资源信息