L’evaporazione a film sottile è un processo di deposizione fisica da vapore che viene utilizzato per creare film sottili di un materiale. Più comunemente utilizzata per film metallici e tetti solari, l’evaporazione a film sottile utilizza diverse tecnologie per far evaporare pezzi più grandi del materiale in una camera a vuoto per lasciare uno strato sottile e uniforme su una superficie. Il processo più diffuso di evaporazione a film sottile prevede il riscaldamento e l’evaporazione del materiale target stesso, per poi farlo condensare sul substrato, o superficie, che riceve il film sottile.
Questo processo inizia tipicamente in una camera a vuoto sigillata, che è ottimizzata per aspirare vapore e particelle gassose riducendo la pressione dell’aria e l’affollamento di altre molecole d’aria. Questo non solo riduce l’energia necessaria per evaporare, ma consente anche un percorso più diretto verso l’area di deposizione perché le particelle di vapore non vengono rimbalzate da altrettante particelle all’interno della camera. Una costruzione scadente della camera con una maggiore pressione dell’aria ridurrà questi effetti del vuoto, facendo sì che il film sottile risultante diventi meno liscio e uniforme.
Le due strategie principali per vaporizzare il materiale target sono l’evaporazione a fascio di elettroni e l’evaporazione a filamento. Le tecniche a fascio di elettroni comportano il riscaldamento del materiale sorgente a temperature elevate bombardandolo con un flusso di elettroni, che sono diretti da un campo magnetico. Il tungsteno viene generalmente utilizzato come fonte di elettroni e può produrre più calore per il materiale rispetto alle tecniche di evaporazione dei filamenti. Sebbene i fasci di elettroni possano raggiungere temperature più elevate, possono anche creare effetti collaterali dannosi non intenzionali, come i raggi X, che potrebbero potenzialmente danneggiare i materiali all’interno della camera. I processi di ricottura possono eliminare questi effetti.
L’evaporazione del filamento è il secondo metodo per indurre l’evaporazione nel materiale e prevede il riscaldamento tramite elementi resistivi. Di solito la resistenza viene creata alimentando corrente attraverso un resistore stabile, generando abbastanza calore per fondere e quindi vaporizzare il materiale. Sebbene questo processo possa aumentare leggermente la probabilità di contaminazione, può creare velocità di deposizione elevate che raggiungono in media circa 1 nm al secondo.
Rispetto ad altri metodi di deposizione da vapore, come sputtering e deposizione chimica da vapore, l’evaporazione a film sottile offre alcuni vantaggi e svantaggi chiave. Alcuni degli inconvenienti includono una minore uniformità superficiale e una ridotta copertura del gradino. I vantaggi includono tassi di deposizione più rapidi, soprattutto se confrontati con lo sputtering, e un minor numero di ioni ed elettroni ad alta velocità, che sono frequenti nei processi di sputtering.