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旋涂機旋涂過程根據(jù)基片轉(zhuǎn)速和膠的變化可分為幾個階段:滴膠、加速旋涂膠、勻旋膠和切邊,其中第三階段勻旋階段是控制涂膠厚度和均勻性的重要階段。
1.滴膠
旋涂機滴膠前需要對膠水進行亞微米級的過濾,否則薄膜可能會形成彗星圖、星形圖、氣泡。滴膠階段是將膠體溶劑沉積在基板中心位置的過程??梢允謩拥危部梢杂米詣拥文z器滴。總的來說,自動滴膠法是一種自動化、機械化的操作,終薄膜的厚度、均勻性、重復(fù)性都很好,還可以減少揮發(fā)性有毒氣體的接觸。手動滴膠屬于手工操作,適用于實驗要求較高的薄膜制備。旋涂機滴膠過程可采用兩種方式:靜態(tài)滴膠或動態(tài)滴膠。靜態(tài)點膠是在基板旋轉(zhuǎn)前,先在基板中心點膠,動態(tài)點膠是在基板以一定速度(一般500轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)的同時點膠。如果膠或基材是疏水性的,可以選擇動態(tài)點膠法,動態(tài)點膠法的點膠量也可以略少。
2.涂膠-加速旋轉(zhuǎn)
一些膠體中的溶劑非常易揮發(fā)。如果不在短時間內(nèi)穩(wěn)定快速地將基底加速到設(shè)定的速度,膠體中的溶劑會迅速蒸發(fā),導致膠體的粘度迅速增加,從而影響涂層厚度的控制。在加速階段,襯底以一定的加速度旋轉(zhuǎn),膠體溶劑開始向襯底邊緣擴散,部分膠體會被甩出襯底。加速初期,膠體沉積在基底表面一定高度,膠體底部貼在基底表面,一起旋轉(zhuǎn)。但由于慣性,上層膠體不能和基板同速旋轉(zhuǎn),所以膠體形成螺旋狀。隨著膠體在離心力的作用下不斷向基底邊緣擴散,螺旋逐漸消失,膠體變薄并覆蓋基底表面。涂覆基材的旋轉(zhuǎn)速度同步。在襯底的加速旋轉(zhuǎn)階段,高精度地控制旋轉(zhuǎn)速度和精確地設(shè)置旋轉(zhuǎn)時間是非常重要的。實際上,無論背膠具有什么樣的性能,旋涂機都需要一個高精度、穩(wěn)定的電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),才能做出厚度均勻可控的薄膜。
3.旋涂和修整
在旋涂機勻速旋轉(zhuǎn)階段,膠體的粘度和揮發(fā)是影響薄膜厚度不均勻性的重要因素。當溶劑加速到設(shè)定的速度時,就形成了一定厚度的涂層。在隨后的勻速旋轉(zhuǎn)過程中,由于膠體的粘滯力仍然小于離心力,涂層繼續(xù)向基板邊緣擴散,基板邊緣的膠體不斷被甩出,涂層厚度逐漸減小。同時,由于涂層已經(jīng)覆蓋了整個基材表面,由于基材上方快速流動的空氣的影響,溶劑的揮發(fā)速度加快,導致膠體的粘度增加,形成不易流動的膠體。此時膠態(tài)涂層各個方向的力平衡,涂層厚度達到終狀態(tài)。后,在鍍膜的邊緣,由于膠體的表面張力,薄膜邊緣的膠體很難被甩離基板,會形成一層厚度不均勻的薄層,甚至會擴展到基板的背面,所以需要對基板邊緣進行修整。旋涂機邊緣去除包括基板正面和背面的化學邊緣去除和基板正面的光學邊緣去除。