离子镀ppt课件

1、第4章离子涂层，41离子镀原理42离子镀的特征43离子轰击的作用44离子镀的类型，第1部分：薄膜获取，1，概述(1/2)，离子涂层(离子镀)技术(又称离子镀)是真空蒸发和真空，在真空状态下应用气体放电，实现涂层也就是说，在真空室中传递气体或蒸发物质，在气体离子或蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物或其反应产物敷在基板上。(大卫亚设，美国电视电视剧，真空)，2，(2/2)，离子镀结合辉光放电，等离子体技术和真空蒸发技术，不仅大大提高了沉积薄膜的各种性能，还大大扩展了涂层技术的应用范围。与蒸发涂层和溅射涂层相比，除了两者的特点外，膜层附着力强、迂回性好、可镀材料广泛等优点，受到了人们的关注，在国内外迅速

2、发展。图(4-1)离子镀原理，4，41离子镀原理(1/4)，真空室泵入10-4Pa的高真空时，输送到惰性气体(例如氩气)，真空度达到1-10，打开高压电源，在蒸发源和基板之间建立低压气体放电的等离子区底座处于负高压下，被等离子包围，受到阳离子持续轰击，因此，可以有效地去除底座表面的气体和污物，使膜表面在成膜过程中始终保持清洁。pass，5，离子镀原理(2/4)，与此同时，电镀材料蒸发后，蒸发粒子进入等离子体，与等离子体中的正离子和活性惰性气体原子及电子碰撞，一些蒸发粒子电离为正离子，正离子在负高压电场加速作用下积累在基板表面，pass，6，离子镀原理离子化电镀材料离子和气体离子一起被电场加速，

3、用高能量轰击基体或涂层表面，牙齿轰击作用一直伴随着离子镀的全过程。pass，7，离子镀原理(4/4)，但基底是阴极，蒸发源是阳极，通常阳极之间有15kV的负高压，因此在膜料原子堆积过程中存在阳离子(氩离子或电离蒸发离子)对。显然，离子镀作为涂层工艺，最基本的要求是在基板上积累薄膜的速度高于飞溅的速度。(威廉莎士比亚、离子镀、离子镀、离子镀、离子镀、离子镀、离子镀、离子镀、离子镀、离子镀)、pass、8，42离子镀的特性(优点1/2)；与蒸发和溅射相比，离子镀的特性包括：1，优点(1)膜层附着力强。(2)膜层组织致密，耐蚀性好。(3)具有电镀性能，可以在形状复杂的零件表面镀金。9，离子镀的特点(

4、优点2/2)，(4)可用于准备各种材料的薄膜，尤其是反应离子镀，可制作各种化合物薄膜。(5)成膜速度高，可等于蒸发涂层的速度。并且可以镀厚薄膜(最长30米)。10，42离子镀的特征(缺点1/2)，第二，缺点(1)离子镀的应用有限制。高能离子和中性粒子的轰击大大增加了沉积薄膜的缺陷密度，膜和气体之间存在大范围的过渡介面层，在某些情况下，特别是在某些电子设备和集成电路生产中，这是不允许的。11，离子镀的特征(缺点2/2)，(2)由于高能粒子的轰击，基板温度高，需要低温薄膜时，需要单独的基板冷却装置。(3)沉积薄膜具有较高的气体含量。到达基板是因为不仅有中性气体分子，还有气体温度。气体分子吸附在膜的

5、表面，阳离子可以渗透到薄膜中的一定深度(例如，能量为1keV的Ar可以渗透到固体铜中1nm)。12，43离子轰击的作用，离子镀膜与普通真空蒸发不同的许多特征与离子，快速中性粒子参与镀膜过程有关。而且在离子镀的整个过程中，还发生了离子轰击。因此，必须理解离子轰击的作用。第三，薄膜物理学和技术两方面的第四章第三节真2，薄膜物理说增川等，(0484/X85)，13，1，脱化率，脱化率是指被转移的原子数占全部蒸发原子数的比例。是测定离子镀特性的重要指标。特别是在反应离子镀中，更重要的是测量活化程度的主要参数。蒸发的原子和反应气体的异化程度会直接影响薄膜的各种性质。43离子轰击的作用，14，1中性粒子的

6、能量，中性粒子具有的能量W主要取决于蒸发温度的高低。其值是W=n E (4-1)表达式中N个单位时间在单位面积中积累的粒子数。E蒸发粒子的动能，E=3kT /2其中K是玻尔兹曼常量，T是蒸发物质的温度。15，2离子的能量，离子的能量Wi主要由阴极加速电压确定，其值是在： Wi=ni Ei (4-2)表达式中，在ni单位时间内单位面积轰击的离子数。Ei离子的平均能量，EieUi，其中Ui是累积离子的平均加速电压。16，3薄膜表面的能量活动系数，薄膜表面的能量活动系数为。=(Wi W)/W=(niEi nE)/nE(4-3)nE niEi时的niei/ne=(C可曹征参数)。17，格式=C (ni

7、/n) Ui/T表明，在离子镀过程中基板加速电压Ui的存在，即使离子化率低，也影响离子镀的薄膜表面的能量活性系数。离子镀中轰击离子的能量取决于基极加速电压，一般能量值为505000eV。溅射产生的中性原子也有一定的能量分布，平均能量大约是几个电子伏特。在一般电子束蒸发中，蒸发温度为2000K时，蒸发原子的平均能量为0.2eV。各种涂层方法实现的能量活性系数值见表4-1。在几种涂层方法中，粒子能量值的比较，18，表4-1徐璐不同涂层工艺的表面能活性系数，19，表4-1中可见，在离子镀中改变Ui和ni/n，可以提高2-3的数值。例如，如果离子的平均加速电压为Ui500V，电离率为ni/n牙齿310

8、-3，则离子镀的能量活性系数与溅射时的大小相同。因此，在离子镀过程中，脱化率的高低非常重要。20，图42能量活性系数与电离率、离子平均加速电压的关系，在一般蒸发温度T1800K处，能量活性系数与电离率ni/n和离子的平均加速电压Ui的关系。21，如图(4-2)所示，能量活动系数和加速电压的关系在很大程度上限制在电离率。为了提高离子镀活性系数，一般可以通过提高离子镀装置的理化率来获得。几种离子镀装置的电离率值见表42。22，表4-2多个离子镀装置的电离率，23，2，溅射清洗，薄膜沉积前离子轰击对基板表面的影响：(1/6) (1)基板表面的溅射清洗效果。牙齿效果可以有效地去除吸附在基板表面的气体、

9、各种污染物及氧化物。入射离子能量高，活性大，可能发生衬底物质和化学反应，也可能发生化学溅射。43离子轰击的作用，24，涂层前离子轰击的作用(2/6)，(2)基板表面发生缺陷和电位网。入射粒子传递到靶原子的能量超过靶原子偏离的最低能量(约25eV)，晶格原子就位，转移到晶格的间隙位置，形成空位、间隙原子和热激励(短时间微区的高温化)。轰击粒子将大部分能量传递到基板，产生热量，增加沉积原子扩散到基板表面的能力，部分缺陷也可以转移并聚集到电位网络中。(轰炸的表面尽管有缺陷的集合，但表面层仍会有很多点缺陷。)，25，涂层前离子轰击作用(3/6)，(3)破坏基板表面的晶体结构。如果离子轰击产生的缺陷很稳

10、定，表面的晶体结构就会被破坏，变成非晶结构。(同时，气体的混合也破坏了表面的晶体结构。)，26，涂层前离子轰击作用(4/6)，(4)基板表面气体混合。低能离子轰击可以将气体混合在基板表面和已积累的膜中。不溶性气体的混合能力取决于迁移率、捕获位置、基板温度和沉积粒子的能量大小。一般来说，非晶材料捕获气体的能力比晶体强。(轰炸加热作用也释放捕获的气体。)在某些工艺条件下，气体可以混合到百分之几。27，涂层前离子轰击作用(5/6)，(5)改变基板表面成分。系统中各成分的溅射率不同，所以表面成分可能与整体成分不同。28，涂层前离子轰击作用(6/6)，(6)基板表面形态变化。表面受到离子轰击后，无论晶体

11、和非晶基底的表面形态如何，表面粗糙度都将增大，溅射率也发生了变化。(7)使基板表面温度上升。因为轰击离子的大部分能量都变成了热。29，3，粒子轰击对薄膜生长的影响，离子镀时电镀粒子积累在基板上，另一方面由于高能离子轰击表面，部分粒子反弹。沉积速率大于溅射时，薄膜变厚。是特殊积累和溅射的综合过程。粒子轰击对薄膜生长的影响主要包括：1、阻挡界面具有很多特征。2、影响薄膜形态和晶体成分等。3、影响薄膜的内应力。43离子轰击的作用，30，1，对膜基表面的影响-膜基表面的附着强度(1/4)，(1)首先溅射和积累混合，蒸发粒子继续增加，在膜基表面形成“医生扩散层”牙齿。也就是说，基于膜的界面具有基本元素和

12、蒸发膜元素的物理混合。也就是说，在底座和薄膜界面上形成了一定厚度的组切换层。牙齿切换层将基底和膜层材质的不一致分布在较大的厚度区域内，以缓解这种不一致。非常有利于提高膜基界面的附着强度。31，1，对膜基接口的影响-提高膜基接口的附着强度(2/4)(例如，直流二极管离子镀：银膜和铁基介面之间可以形成100nm厚的过渡层)。磁控溅射离子镀：在铝膜铜基中，过渡层厚度为1-4m。而且负偏置越高，过渡层就越厚。32，1，对膜基界面的影响-提高膜基界面的附着强度(3/4)，(2)离子轰击会破坏基板表面形态，提供比未损坏表面更多的核位置，并且核密度可能很高。牙齿独特的微观结构(粗糙形态，缺陷密度高)、表面污

13、染去除、扩散和阻碍反应核的障碍物层破坏，可以为堆积的粒子提供良好的核生长条件。33，1，对膜基础界面的影响-可以提高膜基础界面的附着强度(4/4)，膜材料粒子注入表面也可以是核位置。高核密度有利于减少基底和膜层界面的缝隙。离子镀也是附着力好的原因之一。34，2，膜的形态及其对结晶等的影响，蒸发涂层中的几何阴影效果，使堆积膜成为柱结构，形成了岛沟。在离子镀中，由于离子的轰击作用，将岛上的粒子转移到岛沟中，可以消除柱结晶，减少阴影效果。此外，随着基极负偏压的提高，轰击基极离子能量也增加，牙齿柱结晶去除效果更为明显，此时累积的膜将成为均匀颗粒型晶体。(大卫亚设，美国电视电视剧，低音)，35，3，离子

14、轰击对薄膜内应力的影响，薄膜内应力对离子轰击的影响也很明显。内部应力是由尚未处于最低能量状态的原子产生的。离子的轰击迫使一些原子离开平衡位置，处于高能量状态，从而增加内部应力。(威廉莎士比亚、离子、离子、离子、离子、离子、离子、离子、离子)另一方面，离子轰击在基板表面产生的自加热效应，也有助于原子的扩散。因此，适当利用离子轰击的热效应或适当的外部加热，可以减少内部应力，提高膜层组织的结晶性能。通常，蒸发膜具有拉伸应力。溅射沉积的薄膜具有压缩应力。离子镀膜也有压力应力。36，44离子镀的类型(1/2)可以根据膜材料的汽化方式和去化方式构成不同类型的离子涂层方式。1.膜材料的汽化方式包括电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热、阴极电弧放电