Un évaporateur à couche mince est une machine utilisée pour créer une couche mince. En évaporant ou en sublimant divers éléments, un évaporateur à couche mince peut déposer des couches extrêmement minces d’atomes ou de molécules sur un matériau de substrat. La machine se compose d’une chambre à vide, d’un élément chauffant et d’un appareil qui maintient et déplace un substrat pendant qu’un film mince est déposé dessus.
Il existe deux principaux types d’évaporation qui peuvent être utilisés pour créer un film mince. Il s’agit de l’évaporation résistive et de l’évaporation par faisceau d’électrons. Dans ces deux techniques, un matériau cible est chauffé dans un évaporateur à couche mince jusqu’à ce qu’il s’évapore ou se sublime. Sous forme de gaz, le matériau cible se déplace à travers une chambre à vide jusqu’à ce qu’il atterrisse sur un substrat et forme un film mince. Ces deux techniques nécessitent que les matériaux cibles soient aussi stables qu’un gaz.
Dans l’évaporation résistive, un courant électrique traverse un matériau cible, qui devient chaud lorsqu’il est alimenté. Avec suffisamment de chaleur, le matériau cible s’évapore ou se sublime. L’or et l’aluminium sont des matériaux cibles courants qui peuvent être évaporés sous forme de fils métalliques, appelés filaments. Les matériaux cibles sous forme de filaments sont difficiles à charger sur un évaporateur et ne peuvent être travaillés qu’en petites quantités. Un évaporateur à couche mince peut également utiliser des feuilles minces d’un matériau cible, qui sont souvent plus faciles à travailler et donnent plus de matière lorsqu’elles sont évaporées.
Certains matériaux cibles ne conviennent pas à l’évaporation résistive car ils peuvent perdre de grandes sections de matière solide au cours du processus. Si ces solides entrent en collision avec le film mince qui se forme sur le substrat, ils peuvent le ruiner. L’évaporation de ces matériaux nécessite l’utilisation d’une source de chauffage fermée qui permet à la forme gazeuse du matériau de s’échapper par de petits trous tout en piégeant des sections de matière solide dans la chambre de chauffage.
L’évaporation par faisceau d’électrons chauffe le matériau cible en y dirigeant un faisceau d’électrons de haute énergie. Dans ce type d’évaporateur à couche mince, le matériau cible est conservé dans un foyer refroidi pendant qu’il est bombardé d’électrons et chauffé. Ce processus est utile pour les matériaux cibles avec une température d’évaporation très élevée car le faisceau d’énergie focalisé peut chauffer le matériau cible sans chauffer l’ensemble de l’appareil. Le récipient contenant le matériau cible n’est pas exposé à une chaleur extrême, il ne fond donc pas ou ne s’évapore pas pendant le processus. Ce type d’évaporation en couche mince nécessite un équipement spécifique et peut être assez coûteux.