蒸發(fā)鍍膜過程中，從膜材表面蒸發(fā)的粒子以一定的速度在空間沿直線運(yùn)動，直到與其他粒子碰撞為止。在真空室內(nèi)，當(dāng)氣相中的粒子濃度和殘余氣體的壓力足夠低時(shí)，這些粒子從蒸發(fā)源到基片之間可以保持直線飛行，否則，就會產(chǎn)生碰撞而改變運(yùn)動方向。為此，增加殘余氣體的平均自由程，以減少其與蒸發(fā)粒子的碰撞幾率，把真空室內(nèi)抽成高真空是必要的。

　　當(dāng)真空容器內(nèi)蒸發(fā)粒子的平均自由程大于蒸發(fā)源與基片的距離(以下稱蒸距)時(shí)，就會獲得充分的真空條件。設(shè)蒸距(蒸發(fā)源與基片的距離)為L，并把L看成是蒸發(fā)粒子已知的實(shí)際行程，λ 為氣體分子的平均自由程，設(shè)從蒸發(fā)源蒸發(fā)出來的蒸汽分子數(shù)為N0，在相距為L 的蒸發(fā)源與基片之間發(fā)生碰撞而散射的蒸汽分子數(shù)為N1，而且假設(shè)蒸發(fā)粒子主要與殘余氣體的原子或分子碰撞而散射，則有

　　N1/N0= 1- exp(L/λ) (1)

　　在室溫(25℃)和氣體壓力為p(Pa)的條件下，殘余氣體分子的平均自由程為

　　λ = 6.65×10^-1/pcm (2)

　　由上式計(jì)算可知，在室溫下，p=10^-2 Pa 時(shí)，λ=66.5 cm，即一個分子在與其它分子發(fā)生兩次碰撞之間約飛行66.5 cm。

　　圖2 是蒸發(fā)粒子在飛向基片途中發(fā)生碰撞的比例與氣體分子的實(shí)際路程對平均自由程之比值的曲線。從圖中可以看出，當(dāng)λ=L 時(shí)，有63%的蒸發(fā)分子會發(fā)生碰撞。如果平均自由程增加10 倍，則散射的粒子數(shù)減少到9%，因此，蒸發(fā)粒子的平均自由程必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蒸距才能避免蒸發(fā)粒子在向基片遷移過程中與殘余氣體分子發(fā)生碰撞，從而有效地減少蒸發(fā)粒子的散射現(xiàn)象。目前常用的蒸發(fā)鍍膜機(jī)的蒸距均不大于50 cm。因此，如果要防止蒸發(fā)粒子的大量散射，在真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備中，真空鍍膜室的起始真空度必須高于10^-2 Pa。

　　由于殘余氣體在蒸鍍過程中對膜層的影響很大，因此分析真空室內(nèi)殘余氣體的來源，借以消除殘余氣體對薄膜質(zhì)量的影響是重要的。真空室中殘余氣體分子的來源主要是真空鍍膜室內(nèi)表面上的解吸放氣、蒸發(fā)源釋放的氣體、抽氣系統(tǒng)的返流以及設(shè)備的漏氣等原因所造成的。若鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造良好，則真空抽氣系統(tǒng)的返流及設(shè)備的漏氣并不會造成嚴(yán)重的影響。表l 給出了真空鍍膜室壁上單分子層所吸附的分子數(shù)Ns 與氣相中分子數(shù)N 的比值近似值。通常在常用的高真空系統(tǒng)中，其內(nèi)表面上所吸附的單層分子數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氣相中的分子數(shù)。因此，除了蒸發(fā)源在蒸鍍過程中所釋放的氣體外，在密封和抽氣系統(tǒng)性能均良好和清潔的真空系統(tǒng)中，若氣壓處于10- 4 Pa 時(shí)，從真空室壁表面上解吸出來的氣體分子就是真空系統(tǒng)內(nèi)的主要?dú)怏w來源。

　　表1 高真空下室壁單分子層所吸附的分子數(shù)與氣相分子數(shù)之比

　　A-鍍膜室的內(nèi)表面積，cm²;V-鍍膜室的容積，cm³;ns-單分子層內(nèi)吸附分子數(shù)，個/cm²;n-氣相分子數(shù)，個/cm³

　　殘余氣體分子撞擊著真空室內(nèi)的所有表面，包括正在生長著的膜層表面。在室溫和10^-4 Pa 壓力下的空氣環(huán)境中，形成單一分子層吸附所需的時(shí)間只有2.2 s�？梢�，在蒸發(fā)鍍膜過程中，如果要獲得高純度的膜層，必須使膜材原子或分子到達(dá)基片上的速率大于殘余氣體到達(dá)基片上的速率，只有這樣才能制備出純度好的膜層。這一點(diǎn)對于活性金屬材料基片更為重要，因?yàn)檫@些金屬材料的清潔表面的粘著系數(shù)均接近于1。

　　在10^-2 Pa～10^-4 Pa 壓力下蒸發(fā)時(shí)，膜材蒸汽分子與殘余氣體分子到達(dá)基片上的數(shù)量大致相等，這必將影響制備的膜層質(zhì)量。因此需要合理設(shè)計(jì)鍍膜設(shè)備的抽氣系統(tǒng)，保證膜材蒸汽分子到達(dá)基片表面的速率高于殘余氣體分子到達(dá)的速率，以減少殘余氣體分子對膜層的撞擊和污染，提高膜層的純度。

　　此外，在10^-4 Pa 時(shí)真空室內(nèi)殘余氣體的主要組分為水蒸氣(約占90%以上)，水氣與金屬膜層或蒸發(fā)源均會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化物而釋放出氫氣。因此，為了減少殘余氣體中的水分，可以提高真空室內(nèi)的溫度，使水分解，也是提高膜層質(zhì)量的一種有效辦法。

　　還應(yīng)注意蒸發(fā)源在高溫下的放氣。在蒸發(fā)源通電加熱之前，可先用擋板擋住基片，然后對膜材加熱去氣。在正式鍍膜開始時(shí)再移開擋板。利用該方法，可有效提高膜層的質(zhì)量。