2021版第2章第3节从自由落体到匀变速直线运动

物理气相沉积技术第八章1精选PPT物理气相沉积技术第八章1精选PPT低维材料定义：二维、一维和零维材料，统称低维材料。二维材料：是指当材料的任一维度，如Z方向的尺寸小到纳米量级，则此材料就成为X，Y方向延展的二维材料。——薄膜材料(纳米薄膜）一维材料：当材料在Z方向缩小的同时，Y方向也缩小到纳米尺度。——又称量子线，纳米管零维材料：当材料在X，Y，Z方向上的尺寸都缩小到纳米量级。——纳米粉体材料

PVD是制备低维材料的手段，特别是薄膜材料！2精选PPT低维材料定义：二维、一维和零维材料，统称低维材料。PVD是制WhatistheDeposition?GasLiquidSolidCondensationVaporizationDepositionFreezingMeltingSublimation3精选PPTWhatistheDeposition?GasLiqu薄膜材料的制备气相沉积技术溶胶凝胶技术PVDCVD蒸发镀离子镀溅射镀（装饰，机械制品，电子器件）4精选PPT薄膜材料的制备气相沉积技术PVDCVD蒸发镀离子镀溅射镀（装眼镜片的镀膜1、减反射膜（增透膜）2、顶膜（防水膜、防雾膜）5精选PPT眼镜片的镀膜1、减反射膜（增透膜）5精选PPT镀膜技术的评价薄膜性能膜厚分布附着力沉积速度6精选PPT镀膜技术的评价6精选PPT一、真空蒸发镀概念：真空蒸发镀是将被镀工件放在真空室，并用一定方法加热使镀膜材料（简称膜料）蒸发或升华飞至工件表面凝聚成膜。7精选PPT一、真空蒸发镀概念：7精选PPT（一）真空蒸发镀示意图8精选PPT（一）真空蒸发镀示意图8精选PPT

１、蒸发２、汽化粒子的输运（源－基距＜平均自由程）

３、凝聚、生长过程（二）主要过程9精选PPT（二）主要过程9精选PPT1、蒸发过程蒸发速率：Gm＝4.38*10－3PS(Ar/T）0.5

确定材料的饱和蒸汽压PS，TGm确定材料的饱和蒸汽压PS，Gm

T蒸汽粒子的空间分布蒸发源膜料点，平面类型物性加热条件10精选PPT1、蒸发过程蒸发速率：Gm＝4.38*10－3PS(Ar/蒸发方式（蒸发源类型）1、电阻加热蒸发方式2、电子束加热蒸发方式3、高频加热蒸发方式4、激光加热蒸发方式

优点：可用于高熔点膜材，蒸发速率高膜料与电阻丝不直接接触11精选PPT蒸发方式（蒸发源类型）1、电阻加热蒸发方式膜料与电阻丝不直接3、凝聚、生长过程表面现象：被吸附粒子的凝聚、生长过程：原子表面扩散，发生碰撞，形成原子簇团；原子超过临界值，形成稳定核；稳定核合并；晶核长大；生成连续膜或纳米粒子。反射吸附再蒸发动态平衡12精选PPT3、凝聚、生长过程表面现象：反射吸附再蒸发动态平衡12精选P（三）真空蒸发镀工艺1、一般工艺

镀前准备－抽真空－离子轰击一烘烤一预热一蒸发镀一取件－镀后处理一检测一成品。2、合金蒸发镀工艺(蒸汽压不同导致组分偏离)（1）多源同时蒸发法（2）瞬源同时蒸镀法（闪蒸法）清洗、蒸发源表面清洗除吸附气体提高基体活性13精选PPT（三）真空蒸发镀工艺1、一般工艺清洗、表面清洗除吸附气体提高立式蒸发镀膜机14精选PPT立式蒸发镀膜机14精选PPT蒸发镀膜制品15精选PPT蒸发镀膜制品15精选PPT二、溅射镀(一）概念用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法称为溅射镀膜。靶材16精选PPT二、溅射镀(一）概念靶材16精选PPT(二）镀膜原理1.离子束溅射：指真空状态下用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒子在基片表面成膜。2.阴极溅射：利用低压气体的异常辉光放电产生的阳离子，在电极作用下高速冲向阴极（耙材），以致对靶材表面产生非常强烈的溅射作用，并使溅射出的粒子沉积到基片或工件上成膜，是把基片或工件作为阳极。17精选PPT(二）镀膜原理1.离子束溅射：指真空状态下用离子束轰击靶表离子束溅射工艺昂贵18精选PPT离子束溅射工艺昂贵18精选PPT阴极溅射镀膜原理示意图1-高压屏蔽2-高压线3-基片

4-钟罩5-阴极屏蔽6-阴极（靶材）7-阳极8-加热器9-Ar进口10-加热电源11-至真空系统12-高压电源19精选PPT阴极溅射镀膜原理示意图1-高压屏蔽7-阳极19精选PPT阴极溅射主要过程：阳离子电子靶材（阴极）基材（阳极）二次电子正离子气体辉光放电加热基材再次轰击靶材原子，分子20精选PPT阴极溅射主要过程：阳离子电子靶材（阴极）基材（阳极）二次电子（三）膜生成的三大阶段：1.靶面原子的溅射2.溅射原子向基片迁移★粒子的平均自由程，决定了靶面与基板的距离！3.成膜粒子向基板入射并沉积成膜21精选PPT（三）膜生成的三大阶段：1.靶面原子的溅射21精选PPT靶面原子的溅射1.机理1）高温蒸发2）弹性碰撞2.靶材表面原子运动现象粒子能量高能粒子低能粒子高能粒子发生现象溅射现象原位振动反冲，联级碰撞产生效应原子脱离晶格提高表面活性周围原子碰撞移位22精选PPT靶面原子的溅射1.机理粒子能量高能粒子低能粒子高能粒子发生现（四）影响溅射量的因素：1.Q，气压高，离子数目多，杂质多2.η

1）靶材元素种类；2）入射离子能量3.T4.入射角S=ηQ溅射量溅射效率入射离子数目23精选PPT（四）影响溅射量的因素：1.Q，气压高，离子数目多，杂质多Ar＋溅射不同靶材的溅射率曲线不同气体离子轰击钨靶的溅射率曲线24精选PPTAr＋溅射不同靶不同气体离子轰24精选PPT（五）溅射镀膜的优缺点优点：1）适用性广2）粒子能量高：对基片有清洗，升温的作用；薄膜附着力大。3）薄膜成分易控制4）可实现工业化缺点：1）装置复杂2）受气氛影响3）需要制备靶材4）沉积速度低5）基片温度高

真空蒸发镀膜：0.1～5um/min二级溅射速率：0.01～0.5um/min射频、磁控溅射25精选PPT（五）溅射镀膜的优缺点优点：真空蒸发镀膜：射频、磁控溅射25（六）常用阴极溅射方法根据电极的结构，电极的相对位置以及溅射镀膜的过程可以分为二极溅射、三极（四极）溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射、吸气溅射等。按溅射方式的不同，又可分为直流溅射、射频溅射、偏压溅射和反应溅射等。26精选PPT（六）常用阴极溅射方法根据电极的结构，电极的相对位置以及溅射1、二极溅射镀膜属于单纯直流溅射法，装置简单，是最早采用的阴极溅射方法。问题：1）有直射电子冲击基材，使基材温度升高达几百度，因此塑料和不允许热变形的精密零件无法采用。——磁控溅射2）速度慢，不适于制造10μm以上的厚膜。

——磁控溅射3）只能沉积金属膜，而不能沉积介质膜。——射频，磁控溅射27精选PPT1、二极溅射镀膜属于单纯直流溅射法，装置简单，是最早采用的阴2、射频溅射镀膜原理：利用高频电磁辐射来维持低气压（2.5×10

－2Pa）的辉光放电。这样在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶，从而实现溅射介质材料（靶子）的目的。

可解决直流阴极溅射方法能沉积介质膜的问题！28精选PPT2、射频溅射镀膜原理：利用高频电磁辐射来维持低气压（2.5×射频溅射镀膜的原理图1-射频电源；2-匹配电路；3-射频电级（水冷）4-电磁线圈；5-工件；6-工件架（水冷）；7-靶材；8-射频电级阴极为小电极阳极为大电极29精选PPT射频溅射镀膜的原理图1-射频电源；2-匹配电路；3-射频电原理：电极面积大小暗区电压降离子能量小电极的离子能量＞大电极的离子能量当离子能量＜溅射阀能，电极上不发生溅射一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶材阴极靶材小电极阳极基材大电极30精选PPT原理：电极面积大小暗区电压降离子应用：用来沉积各种合金膜、磁性膜、超声换能器的铌酸锂和钛酸钡压电薄膜和其它功能薄膜。特点：（相对直流溅射）1）射频溅射几乎可以用来沉积任何固体材料的薄膜；2）获得的薄膜致密、纯度高；3）与基片附着牢固；4）溅射速率大、工艺重复性好。31精选PPT应用：31精选PPT3、磁控溅射镀膜（高速低温溅射）正交电磁场可以将电子的运动束缚在靶面附近，提高了电子的电离效率，使等离子体密度加大。溅射速度快低气压下，减少了放电气体粒子对溅射出来的原子或分子间的碰撞。避免基片温度升高将电子的运动束缚在靶面附近，使基体免受轰放电离子轰击电子到达阳极时已变成低能电子有效解决了基片温度升高和溅射速度低的问题！32精选PPT3、磁控溅射镀膜（高速低温溅射）正交电磁场可以将电子的运动束JC500-2/D型磁控溅射镀膜机33精选PPTJC500-2/D型磁控溅射镀膜机33精选PPT磁控溅射镀膜制品34精选PPT磁控溅射镀膜制品34精选PPT三、离子镀膜（一）基本原理：在基片和蒸发源间加上数百至数千伏的直流电压，引起氩气的电离，形成低压气体放电的等离子区。处于负高压的基片被等离子体包围，不断遭到氩离子的高速轰击而溅射清洗并活化。然后接通交流电，使蒸发源中的膜料加热蒸发，蒸发出的粒子通过辉光放电的等离子区时部分被电离成为正离子，通过电场与扩散作用，高速打在基片表面。此外，大部分仍处于激发态的中性蒸发粒子，在惯性作用下到达基片表面，堆积成薄膜。35精选PPT三、离子镀膜（一）基本原理：35精选PPT离子镀膜原理示意图36精选PPT离子镀膜原理示意图36精选PPT（二）常用离子镀膜方法1、空心阴极离子镀(HCD)2、多弧离子镀3、磁控溅射离子镀技术4、活性反应离子镀37精选PPT（二）常用离子镀膜方法1、空心阴极离子镀(HCD)37精选1、空心阴极离子镀(HCD)过程：★HCD枪作为：1）镀料的汽化源2）蒸发离子的离化源电子束蒸发镀与离子镀技术相结合的！空心热阴极放电（弧光）膜料熔化蒸发等离子电子束膜料离化阳离子在基片表面沉积定向负偏压等离子体等离子体清洗38精选PPT1、空心阴极离子镀(HCD)过程：★HCD枪作为：电子束空心阴极离子镀(HCD)装置示意图

1-HCD枪；2-钟罩；

3-工件；

4-高压电源

5-水冷钢坩埚；

6-坩埚

39精选PPT空心阴极离子镀(HCD)装置示意图

1-HCD枪；39精选P2、磁控溅射离子镀技术磁控溅射技术与离子镀技术相结合的！过程：气体辉光放电磁控溅射阳离子靶材原子离化阳离子基片沉积成膜定向负偏压等离子体等离子体清洗阴极阳极阴极40精选PPT2、磁控溅射离子镀技术磁控溅射技术与离子镀技术相结合的！过程磁控溅射离子镀原理示意图1-真空容器；2-永久磁铁；3-磁控阳极4-磁控靶；5-磁控电源；6-真空系统7-氩气充气系统；8-基板（工件）；9-控制系统41精选PPT磁控溅射离子镀原理示意图1-真空容器；41精选PPT（三）离子镀的优点：（与蒸发、溅射比较）电场作用下高能离子对基板轰击作用！1.膜层附着力好2.膜层的密度高3.绕射性能好（使工件各表面处于电场之中）4.可镀材质范围广5.有利于化合物膜层的形成6.沉积速度高，成膜速度快42精选PPT（三）离子镀的优点：（与蒸发、溅射比较）电场作用下高能离子对三种PVD镀膜机理比较方法蒸发镀溅射镀离子镀原料膜料（粉料）靶