Ein Dünnschichtverdampfer ist eine Maschine zur Herstellung von Dünnschicht. Durch Verdampfen oder Sublimieren verschiedener Elemente kann ein Dünnschichtverdampfer extrem dünne Schichten von Atomen oder Molekülen auf einem Substratmaterial abscheiden. Die Maschine besteht aus einer Vakuumkammer, einem Heizelement und einer Vorrichtung, die ein Substrat hält und bewegt, während ein dünner Film darauf abgeschieden wird.
Es gibt zwei Hauptarten der Verdampfung, die verwendet werden können, um einen dünnen Film zu erzeugen. Diese sind Widerstandsverdampfung und Elektronenstrahlverdampfung. Bei beiden Techniken wird ein Targetmaterial in einem Dünnschichtverdampfer erhitzt, bis es entweder verdampft oder sublimiert. Als Gas bewegt sich das Targetmaterial durch eine Vakuumkammer, bis es auf einem Substrat landet und einen dünnen Film bildet. Beide dieser Techniken erfordern, dass die Targetmaterialien so stabil wie ein Gas sind.
Bei der Widerstandsverdampfung wird ein elektrischer Strom durch ein Targetmaterial geleitet, das bei Erregung heiß wird. Bei ausreichender Hitze verdampft oder sublimiert das Targetmaterial. Gold und Aluminium sind gängige Zielmaterialien, die in Form von Metalldrähten, sogenannten Filamenten, verdampft werden können. Targetmaterialien in Form von Filamenten sind schwer auf einen Verdampfer zu laden und können nur in geringen Mengen verarbeitet werden. Ein Dünnschichtverdampfer kann auch dünne Schichten eines Zielmaterials verwenden, die oft einfacher zu bearbeiten sind und beim Verdampfen mehr Materie ergeben.
Einige Targetmaterialien sind für die Widerstandsverdampfung ungeeignet, da sie während des Prozesses große Feststoffanteile ablösen können. Wenn diese Feststoffe mit dem sich auf dem Substrat bildenden Dünnfilm kollidieren, können sie dieses zerstören. Das Verdampfen dieser Materialien erfordert die Verwendung einer geschlossenen Heizquelle, die es der gasförmigen Form des Materials ermöglicht, durch kleine Löcher zu entweichen, während Abschnitte von Feststoffen in der Heizkammer eingeschlossen werden.
Die Elektronenstrahlverdampfung erhitzt das Zielmaterial, indem ein Strahl hochenergetischer Elektronen darauf gerichtet wird. Bei dieser Art von Dünnschichtverdampfer wird das Targetmaterial in einem gekühlten Herd aufbewahrt, während es mit Elektronen beschossen und erhitzt wird. Dieses Verfahren ist für Targetmaterialien mit einer sehr hohen Verdampfungstemperatur nützlich, da der fokussierte Energiestrahl das Targetmaterial erhitzen kann, ohne die gesamte Vorrichtung zu erhitzen. Der Behälter mit dem Zielmaterial wird keiner extremen Hitze ausgesetzt, sodass es während des Prozesses nicht schmilzt oder verdampft. Diese Art der Dünnschichtverdampfung erfordert eine spezielle Ausrüstung und kann recht kostspielig sein.