Un evaporatore a film sottile è una macchina utilizzata per creare film sottile. Evaporando o sublimando vari elementi, un evaporatore a film sottile può depositare strati estremamente sottili di atomi o molecole su un materiale di substrato. La macchina è costituita da una camera a vuoto, un elemento riscaldante e un apparato che trattiene e sposta un substrato mentre su di esso viene depositato un film sottile.
Esistono due tipi principali di evaporazione che possono essere utilizzati per creare un film sottile. Si tratta dell’evaporazione resistiva e dell’evaporazione a fascio di elettroni. In entrambe queste tecniche, un materiale target viene riscaldato in un evaporatore a film sottile finché non evapora o sublima. Come un gas, il materiale bersaglio si muove attraverso una camera a vuoto finché non atterra su un substrato e forma una pellicola sottile. Entrambe queste tecniche richiedono che i materiali target siano stabili come un gas.
Nell’evaporazione resistiva, una corrente elettrica viene fatta passare attraverso un materiale bersaglio, che diventa caldo quando viene energizzato. Con abbastanza calore, il materiale bersaglio evapora o sublima. L’oro e l’alluminio sono materiali bersaglio comuni che possono essere evaporati sotto forma di fili metallici, chiamati filamenti. I materiali target sotto forma di filamenti sono difficili da caricare su un evaporatore e possono essere lavorati solo in piccole quantità. Un evaporatore a film sottile può anche utilizzare fogli sottili di un materiale target, che spesso sono più facili da lavorare e producono più materia quando evaporato.
Alcuni materiali target non sono adatti per l’evaporazione resistiva perché possono rilasciare grandi sezioni di materia solida durante il processo. Se questi solidi entrano in collisione con il film sottile che si forma sul substrato, possono rovinarlo. L’evaporazione di questi materiali richiede l’uso di una fonte di riscaldamento chiusa che permetta alla forma gassosa del materiale di fuoriuscire attraverso piccoli fori mentre intrappola sezioni di materia solida all’interno della camera di riscaldamento.
L’evaporazione del fascio di elettroni riscalda il materiale bersaglio dirigendogli un raggio di elettroni ad alta energia. In questo tipo di evaporatore a film sottile, il materiale target viene mantenuto in un focolare raffreddato mentre viene bombardato con elettroni e riscaldato. Questo processo è utile per materiali target con una temperatura di evaporazione molto elevata perché il raggio di energia focalizzato può riscaldare il materiale target senza riscaldare l’intero apparato. Il contenitore che contiene il materiale target non è esposto a calore estremo, quindi non si scioglie o evapora durante il processo. Questo tipo di evaporazione a film sottile richiede attrezzature specifiche e può essere piuttosto costoso.