物理气相沉积技术课件

物理气相沉积技术

ThePhysicalVaporDeposition(PVD)小组成员：林斌余宁宁葛亚苏妙达石丽丽高文龙物理气相沉积技术

ThePhysicalVaporD1PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用2

原理：物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源—固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。

原理：物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材3PVD的物理原理示意图块状材料(靶材)薄膜物质输运能量输运能量以气态方式进行气态基底PVD的物理原理示意图块状材料(靶材)薄膜物质输运能量以气4“物理气相沉积”通常有下面三个工艺步骤：所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化为气体生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜“物理气相沉积”通常有下面三个工艺步骤：所生长的材料（靶材5几种常见的薄膜结构单层膜周期结构多层膜SubstrateASubstrateABAB几种常见的薄膜结构单层膜SubstrateASubstrat6PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用7PVD特点1234物理气相沉积获得的沉积层薄。涂层的纯度高单击此处添加标题沉积层材料来自固体物质源，采用各种加热源或溅射源使固态物质变为原子态。涂层组织细密、与基体和结合强度好。PVD特点1234物理气相沉积获得的沉积层薄。涂层的纯度高单8PVD特点567可方便的控制多个工艺参数，易获得单晶、多晶、非晶、多层纳米层结构的功能薄膜。可以在较低温度下获得各种功能薄膜，基材范围广泛。无有害气体排出，属于无污染技术。PVD特点567可方便的控制多个工艺参数，易获得单晶、多晶、9PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用10物理气相沉积（PVD）真空蒸镀离子镀溅射镀电子束蒸发热蒸发直流溅射射频溅射磁控溅射物理气相沉积（PVD）真空蒸镀离子镀溅射镀电子束蒸发热蒸发直11电子束蒸发镀膜仪PVD75美国KurtJLeskerCompany磁控溅射镀膜仪PVD75美国KurtJLeskerCompany电子束蒸发镀膜仪PVD75美国KurtJL12电子束蒸发原理与特点原理：热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速，获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。特点：多用于要求纯度极高的膜、绝缘物的蒸镀和高熔点物质的蒸镀。电子束蒸发原理与特点原理：热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速13E-GunCrucibleSubstratefixtureE-GunSubstratefixture14磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，增加了与气体原子发生碰撞的几率，在同样的电压和气压下可以提高气体电离的效率，提高了沉积速率。磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，增加了与气体原15物理气相沉积技术课件16附加磁场的优点限制溅射离子的轨道增加离子在气体中停留的时间增强等离子体和电离过程减少溅射原子从靶材到衬底路程中的碰撞高磁场附近的产值比较高附加磁场的优点限制溅射离子的轨道17PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用18PVD技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。近年来，由于PVD技术和工艺、设备水平的发展，加上使用靶材品种和质量的增加，有效提高了涂层和基体的结合强度，扩大了涂层材料的种类，是过去难于使用PVD技术沉积的碳化物、氮化物、氧化物等硬质涂层，现在变成了可能，极大地扩展了PVD技术的应用范围。与化学气相沉积（CVD）工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以下时对材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。

FROM1970sPVD技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、19PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用20对高速钢刀具进行涂覆,可得到致密等轴涂层,具有优异的耐磨特性,可显著提高刀具的使用寿命；在飞机和宇宙飞船的各种形状复杂的零部件上,可镀制各种薄膜；为选择传播射线,在建筑玻璃上镀制化合物镀层；为减少摩擦,在各种工程机械零件上镀制润滑的膜层；太阳能和光电元件应用的各种薄膜…对高速钢刀具进行涂覆,可得到致密等轴涂层,具有优异的耐磨21ONLYONTHEFILM?

ONLYONTHEFILM?22其它生长模式Frank-vanderMerveModeLayerbyLayer(2D)衬底衬底衬底Stranski-KrastanovModeLayerPlusIslandGrowth(2D-3D)Volmer-WeberModeIslandGrowth(3D)其它生长模式Frank-vanderMerveMode23物理气相沉积技术课件24

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25物理气相沉积技术

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ThePhysicalVaporD26PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用27

原理：物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源—固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。

原理：物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材28PVD的物理原理示意图块状材料(靶材)薄膜物质输运能量输运能量以气态方式进行气态基底PVD的物理原理示意图块状材料(靶材)薄膜物质输运能量以气29“物理气相沉积”通常有下面三个工艺步骤：所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化为气体生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜“物理气相沉积”通常有下面三个工艺步骤：所生长的材料（靶材30几种常见的薄膜结构单层膜周期结构多层膜SubstrateASubstrateABAB几种常见的薄膜结构单层膜SubstrateASubstrat31PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用32PVD特点1234物理气相沉积获得的沉积层薄。涂层的纯度高单击此处添加标题沉积层材料来自固体物质源，采用各种加热源或溅射源使固态物质变为原子态。涂层组织细密、与基体和结合强度好。PVD特点1234物理气相沉积获得的沉积层薄。涂层的纯度高单33PVD特点567可方便的控制多个工艺参数，易获得单晶、多晶、非晶、多层纳米层结构的功能薄膜。可以在较低温度下获得各种功能薄膜，基材范围广泛。无有害气体排出，属于无污染技术。PVD特点567可方便的控制多个工艺参数，易获得单晶、多晶、34PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用35物理气相沉积（PVD）真空蒸镀离子镀溅射镀电子束蒸发热蒸发直流溅射射频溅射磁控溅射物理气相沉积（PVD）真空蒸镀离子镀溅射镀电子束蒸发热蒸发直36电子束蒸发镀膜仪PVD75美国KurtJLeskerCompany磁控溅射镀膜仪PVD75美国KurtJLeskerCompany电子束蒸发镀膜仪PVD75美国KurtJL37电子束蒸发原理与特点原理：热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速，获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。特点：多用于要求纯度极高的膜、绝缘物的蒸镀和高熔点物质的蒸镀。电子束蒸发原理与特点原理：热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速38E-GunCrucibleSubstratefixtureE-GunSubstratefixture39磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，增加了与气体原子发生碰撞的几率，在同样的电压和气压下可以提高气体电离的效率，提高了沉积速率。磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，增加了与气体原40物理气相沉积技术课件41附加磁场的优点限制溅射离子的轨道增加离子在气体中停留的时间增强等离子体和电离过程减少溅射原子从靶材到衬底路程中的碰撞高磁场附近的产值比较高附加磁场的优点限制溅射离子的轨道42PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用43PVD技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。近年来，由于PVD技术和工艺、设备水平的发展，加上使用靶材品种和质量的增加，有效提高了涂层和基体的结合强度，扩大了涂层材料的种类，是过去难于使用PVD技术沉积的碳化物、氮化物、氧化物等硬质涂层，现在变成了可能，极大地扩展了PVD技术的应用范围。与化学气相沉积（CVD）工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以下时对材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。

FROM1970sPVD技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、44PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用45对高速钢刀具进行涂覆,可得到致密等轴涂层,具有优异的耐磨特性,可显著提高刀具的使用寿命；在飞机和宇宙飞船的各种形状复杂的零部件上,可镀制各种薄膜；为选择传播射线,在建筑玻璃上镀制化合物镀层；为减少摩擦,在各种工程机械零件上镀制润滑的膜层；太阳能和光电元件应用的各种薄膜…对高速钢刀具进行涂覆,可得到致密等轴涂层,具有优异的耐磨46ONLYONTHEFILM?

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