真空溅射镀膜技术

1、真空溅射镀膜技术真空溅射镀膜技术 表面技术工程是将材料表面与基体一起作表面技术工程是将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用表面改性技术，薄为一个系统进行设计，利用表面改性技术，薄膜技术和涂层技术，使材料表面获得材料本身膜技术和涂层技术，使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。没有而又希望具有的性能的系统工程。 薄膜技术是表面工程三大技术之一。一般薄膜技术是表面工程三大技术之一。一般把小于把小于25um大于大于100nm的膜层称为薄膜，大于的膜层称为薄膜，大于25um的膜层称为厚膜。小于的膜层称为厚膜。小于100nm的膜层称为的膜层称为纳米薄膜。纳米薄膜。 真空镀膜是薄膜

2、技术的最具潜力的手段，真空镀膜是薄膜技术的最具潜力的手段，也是纳米技术的主要支撑技术。所谓纳米技术，也是纳米技术的主要支撑技术。所谓纳米技术，如果离开了真空镀膜，它将会失去半壁江山。如果离开了真空镀膜，它将会失去半壁江山。1.真空镀膜分为真空镀膜分为(蒸发镀膜蒸发镀膜 ) 、(离子镀膜离子镀膜 )、(溅射镀膜溅射镀膜 )和和(化学气相沉积化学气相沉积 )四种形式四种形式,按功能要求可分为按功能要求可分为(装饰性镀膜装饰性镀膜)和和(功能性镀膜功能性镀膜)。2.溅射是指荷能粒子轰击溅射是指荷能粒子轰击(固体表面），使固体表面），使(固体原子或分子）固体原子或分子）从表面从表面 射出的现象。利用溅

3、射现象沉积薄膜的技术叫射出的现象。利用溅射现象沉积薄膜的技术叫(溅射溅射镀膜镀膜)。 物理气相沉积物理气相沉积(PVD)真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜溅射镀膜溅射镀膜离子镀膜离子镀膜将真空室中的将真空室中的辉光放电等离子体辉光放电等离子体技术技术与与真空蒸发镀膜技术真空蒸发镀膜技术结合起结合起来的一种来的一种PVD技术技术真空表面沉积技术起始于真空蒸发镀膜，其基本真空表面沉积技术起始于真空蒸发镀膜，其基本过程是：过程是： 在真空容器中将蒸镀材料在真空容器中将蒸镀材料(金属或非金属金属或非金属)加热，加热，当达到适当温度后，便有大量的原子和分子离开当达到适当温度后，便有大量的原子和分子离开蒸镀材料的表

4、面进入气相。蒸镀材料的表面进入气相。 因为容器内气压足够低，这些原子或分子几乎因为容器内气压足够低，这些原子或分子几乎不经碰撞地在空间内飞散，不经碰撞地在空间内飞散， 当到达表面温度相对低的被镀工件表面时，便当到达表面温度相对低的被镀工件表面时，便凝结而形成薄膜。凝结而形成薄膜。真空蒸发镀膜原理及其基本过程真空蒸发镀膜原理及其基本过程1234569871.基片架和加热器基片架和加热器 2. 蒸发料释出的气体蒸发料释出的气体3. 蒸发源蒸发源 4. 挡板挡板 5. 返流气体返流气体 6. 真空泵真空泵 7. 解吸的气体解吸的气体 8. 基片基片 9. 钟罩钟罩真空蒸发镀膜原理及其基本过程真空蒸发

5、镀膜原理及其基本过程蒸发成膜系统如右图蒸发成膜系统如右图所示。所示。主要部分有：主要部分有：真空容器真空容器(提供蒸发所需提供蒸发所需的真空环境的真空环境)，蒸发源蒸发源(为蒸镀材料的蒸为蒸镀材料的蒸发提供热量发提供热量)，基片基片(即被镀工件，在它即被镀工件，在它上面形成蒸发料沉积层上面形成蒸发料沉积层)，基片架基片架(安装夹持基片安装夹持基片)加热器加热器。蒸发成膜过程是由蒸发、蒸发材料粒子的迁移和沉蒸发成膜过程是由蒸发、蒸发材料粒子的迁移和沉积三个过程所组成。积三个过程所组成。真空蒸发镀膜原理及其基本过程真空蒸发镀膜原理及其基本过程被镀材料被镀材料蒸发过程蒸发过程蒸发材料蒸发材料粒子迁移

6、粒子迁移过程过程蒸发材料蒸发材料粒子沉积粒子沉积过程过程蒸发蒸发材料材料蒸发材蒸发材料粒子料粒子 基片基片(工件工件)溅射镀膜的原理及特点溅射镀膜的原理及特点溅射镀膜：溅射镀膜：在真空室内用正离子在真空室内用正离子(通常是通常是Ar+)轰击阴极轰击阴极(沉积沉积材料做的靶材料做的靶)，将其原子溅射出，迁移到基片，将其原子溅射出，迁移到基片(工件工件)上沉积形成上沉积形成镀层。镀层。靶面原子靶面原子的溅射的溅射溅射原子向溅射原子向基片的迁移基片的迁移溅射原子在溅射原子在基片沉积基片沉积靶靶基基片片溅射原子溅射原子正离子正离子溅射镀膜也是由三个阶段组成。溅射镀膜也是由三个阶段组成。直流二极型离子镀

7、膜直流二极型离子镀膜离子镀膜离子镀膜123456Ar78910111. 钟罩钟罩 2. 工件工件 3. 挡板挡板4. 蒸发源蒸发源 5. 绝缘子绝缘子6. 挡板手轮挡板手轮 7. 灯丝电源灯丝电源8. 高压电源高压电源 9. 底板底板10. 辉光区辉光区 11. 阴极暗区阴极暗区 镀前将真空室抽空至镀前将真空室抽空至6.5 10-3Pa以上真空，然后通入以上真空，然后通入Ar作为作为工作气体，使真空度保持在工作气体，使真空度保持在1.3 1.3 10-1Pa。 当接通高压电源后，在蒸发当接通高压电源后，在蒸发源与工件之间产生气体放电。源与工件之间产生气体放电。由于工件接在放电的阴极，便由于工件

8、接在放电的阴极，便有离子轰击工件表面，对工件有离子轰击工件表面，对工件作溅射清洗。作溅射清洗。 经过一段时间后，加热蒸发经过一段时间后，加热蒸发源使镀料气化蒸发，蒸发后的源使镀料气化蒸发，蒸发后的镀料原子进入放电形成的等离镀料原子进入放电形成的等离子区中，其中一部分被电离，子区中，其中一部分被电离，在电场加速下轰击工件表面并在电场加速下轰击工件表面并沉积成膜沉积成膜；一部分镀料原子则；一部分镀料原子则处于激发态，而未被电离，因处于激发态，而未被电离，因而在真空室内呈现特定颜色的而在真空室内呈现特定颜色的辉光。辉光。电 镀 真空蒸发 真空溅射 离子镀膜 镀覆物质 金 属金属某些化合物金属、合金、

9、化合物、陶瓷、高分子物质金属、合金、陶瓷、化合物 方 法电 解 真空蒸镀真空等离子体法离子束法真空等离子体法离子束法粒子动能(Ev)0.20.1 1.0几个 100几十 5000沉积速率中 等高(1m/min)(3 75m/min)慢(0.1m/min)高(1m/min)(达 50m/min)附着力较 好一 般 好很 好膜的性质可 能 有 针孔、凸起不太均匀高密度、针孔少高密度、针孔少基片温度(C)30 200150 500150 800压强(Pa) 6.510-2Ar 1.310-1 6.51.310-1 6.5 膜的纯度取决于镀槽的清洁和镀液的纯度取决于蒸发物质的纯度取决于靶材料的纯度取决于镀覆物