Dünnschichtverdampfung ist ein Prozess der physikalischen Gasphasenabscheidung, der verwendet wird, um dünne Schichten eines Materials zu erzeugen. Die am häufigsten für Metallfolien und Solardächer verwendete Dünnschichtverdampfung verwendet verschiedene Technologien, um größere Teile des Materials in einer Vakuumkammer zu verdampfen, um eine dünne, gleichmäßige Schicht auf einer Oberfläche zu hinterlassen. Der am weitesten verbreitete Prozess der Dünnschichtverdampfung umfasst das Erhitzen und Verdampfen des Zielmaterials selbst und dann das Kondensieren auf dem Substrat oder der Oberfläche, die den Dünnfilm aufnimmt.
Dieser Prozess beginnt typischerweise in einer abgedichteten Vakuumkammer, die darauf optimiert ist, Dampf und gasförmige Partikel anzuziehen, indem der Luftdruck verringert und andere Luftmoleküle zusammengedrängt werden. Dies reduziert nicht nur die zum Verdampfen benötigte Energie, sondern ermöglicht auch einen direkteren Weg zum Abscheidungsbereich, da die Dampfpartikel nicht von so vielen anderen Partikeln in der Kammer herumgeschleudert werden. Eine schlechte Kammerkonstruktion mit mehr Luftdruck verringert diese Vakuumeffekte, wodurch der resultierende dünne Film weniger glatt und gleichmäßig wird.
Die zwei Hauptstrategien zum Verdampfen des Zielmaterials sind die Elektronenstrahlverdampfung und die Filamentverdampfung. Elektronenstrahltechniken beinhalten das Erhitzen des Quellenmaterials auf hohe Temperaturen, indem es mit einem Elektronenstrom beschossen wird, der durch ein Magnetfeld gerichtet wird. Wolfram wird typischerweise als Elektronenquelle verwendet und kann mehr Wärme für das Material erzeugen als Filamentverdampfungstechniken. Obwohl Elektronenstrahlen höhere Temperaturen erreichen können, können sie auch unbeabsichtigte schädliche Nebenwirkungen wie Röntgenstrahlen erzeugen, die möglicherweise die Materialien in der Kammer beschädigen könnten. Glühprozesse können diese Effekte eliminieren.
Die Filamentverdampfung ist die zweite Methode zum Induzieren von Verdampfung im Material und beinhaltet eine Erwärmung durch Widerstandselemente. Normalerweise wird ein Widerstand erzeugt, indem Strom durch einen stabilen Widerstand geleitet wird, der genügend Wärme erzeugt, um das Material zu schmelzen und dann zu verdampfen. Während dieser Prozess die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination leicht erhöhen könnte, kann er schnelle Abscheidungsraten von durchschnittlich etwa 1 nm pro Sekunde erzeugen.
Im Vergleich zu anderen Verfahren der Gasphasenabscheidung, wie Sputtern und chemischer Gasphasenabscheidung, bietet die Dünnschichtverdampfung einige entscheidende Vor- und Nachteile. Einige der Nachteile umfassen eine geringere Oberflächengleichmäßigkeit und eine verringerte Stufenabdeckung. Vorteile sind schnellere Abscheidungsraten, insbesondere im Vergleich zum Sputtern, und weniger Hochgeschwindigkeitsionen und Elektronen, die bei Sputterprozessen häufig vorkommen.