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物理气相沉积技术概述 一 气相沉积技术概述 近年来表面工程学发展迅速 新的表面涂层技术层出不穷 气相沉积就是发展最快的新涂层技术之一 1 定义 所谓气相沉积是利用在气相中以物理或化学的反应过程 在工件表面形成具有特殊性能的金属或化合物涂层的方法 2 气相沉积的特点 可以用来制备具有各种特殊力学性能和物理化学性能 如 高硬度 高耐热 高热导 高耐腐蚀 抗氧化 绝缘等 涂层 不仅可以层积金属涂层 合金涂层 还可以层积多种多样的化合物 非金属半导体 陶瓷和有机物的单层和多层结构的涂层 3 分类 A 化学气相沉积 CVD B 物理气相沉积 PVD C 等离子体增强化学气相沉积 PECVD PVD与CVD的区别 化学气相沉积与物理气相沉积最根本的区别是在沉积前是否发生了化学反应 化学气相沉积 沉积原料并不是基片上沉积的物质 必须通过化学反应再在基片上沉积 而物理气相沉积 并不需要发生化学反应 其只是通过各种方法 如加热蒸发 溅射等等 将源材料气化 然后沉积于基片表面成膜 沉积前后的物质都是一样的 气相沉积具体分类 4 气相沉积的应用 气相沉积技术生产制备的高硬度 高耐热 高热导 高耐腐蚀 抗氧化 绝缘等涂层 特殊性能的电学 光学功能的涂层 装饰装修涂层 已广泛用于机械 航天 建筑 五金装饰 电子产品 汽车配件等行业 物理气相沉积 PhysicalVaporDeposition PVD 是指把固态 液态 镀料通过高温蒸发 溅射 电子束 等离子体 离子束 激光束 电弧等能量形式产生气相原子 分子 离子 气态 等离子态 进行输运 在固态表面上沉积凝聚 包括与其他反应气相物质进行化学反应生成反应产物 生成固相薄膜的过程 二 物理气相沉积 PVD 特点 涂层形成是不受物理变化定律控制的凝固过程 是一种非平衡过程 工艺过程对基体材料的影响很小 因此可以在各种基体材料上涂覆涂层 沉积层厚度范围较宽 从nm mm级都可实现 无环境污染 缺点 设备复杂 一次投资较大 1 真空蒸镀 真空蒸镀基本原理是在真空条件下 使金属 金属合金或化合物蒸发 然后沉积在基体表面上 蒸发的方法常用电阻加热 高频感应加热 电子束 激光束 离子束高能轰击镀料 使蒸发成气相 然后沉积在基体表面 真空蒸镀的设备相对简单 工艺操作容易 可镀材料广 镀膜纯洁 广泛用于光学 电子器件和塑料制品的表面处理 缺点是膜一基结合力弱 镀膜不耐磨 并有方向性 2 溅射镀 原理是充氩 Ar 气的真空条件下 使氩气进行辉光放电 Ar Ar Ar 在电场力的作用下 加速轰击以镀料制作的阴极靶材 靶材会被溅射出来而沉积到工件表面 溅射镀膜纯度高 均匀 而且基板温度低 因此适用性广 可沉积纯金属 合金或化合物 溅射镀膜的缺点 溅射设备复杂 需要高压装置溅射淀积的成膜速度低 真空蒸发镀膜淀积速率为0 1 5 m min 溅射速率为0 01 0 5 m min 基片温升较高 易受杂质气体影响 入射Ar离子 溅射出的原子 溅射的用途溅射薄膜按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜和物理功能膜两大类 前者包括耐摩 减摩 耐热 抗蚀等表面强化薄膜材料 固体润滑薄膜材料 后者包括电 磁 声 光等功能薄膜材料等 3 离子镀 在真空条件下 利用气体放电使气体或被蒸发物质离子化 在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时 把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上 特点 1 把气体辉光放电 等离子体技术与真空蒸发镀膜结合在一起 2 提高了膜层性能3 扩充了镀膜技术的应用范围 兼有真空蒸发和溅射的优点外 附着力好 绕射性好 材料广泛 过程1 预抽真空10 3Pa 高本底真空度 2 充Ar气10 1 10 3Pa 低压惰性气体高压放电 3 溅射清洗4 离子镀膜