气相沉积技术讲义.ppt

* * CVD镀层可用于要求耐磨、抗氧化、抗腐蚀部件。 对于耐磨硬镀层一般采用难熔的硼化物、碳化物、氮化物和氧化物。 在耐磨镀层中，用于金属切削刀具占主要地位。满足这些要求的镀层包括TiC，TiN，Al2O3，TaC和TiB2等。 除刀具外，CVD镀层还可用于其它承受摩擦磨损的设备。 * * 金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD） MOCVD是常规CVD技术的发展。它用在相当低的温度下能分解的金属有机化合物作初始反应物。 MOCVD的优点是可以在热敏感的基体上进行沉积； 其缺点是沉积速率低、晶体缺陷密度高、膜中杂质多。 在这种技术中把欲镀膜层的一种或几种组分以金属烷基化合物的形式输送到反应区，而其它的组分可以氢化物的形式输送。其它的初始反应物，如氯置换的金属烷基化合物或配位化合物等。 * * MOCVD技术的开发是由于半导体外延沉积的需要。也曾用MOCVD沉积金属镀层，特别是某些金属卤化物在高温下是稳定的用常规CVD难以实现沉积的。 此外，已经用金属有机化合物沉积了氧化物、氮化物、碳化物和硅化物镀层。 许多金属有机化合物在中温分解，可以沉积在如钢这样一类的基体上。所以这项技术也被称为中温CVD（MTCVD）。 * * 等离子作辅助化学气相沉积（PCVD） PCVD法的工作原理和直流辉光离子氮化相似。工件置于阴极上，利用辉光放电或外热源使工件升到一定温度后，通入适量的反应气，经过化学和等离子体反应生成沉积薄膜。 由于存在辉光放电过程，气体剧烈电离而受到活化，这和CVD法的气体单纯受热激活不同，所以反应温度可以大大下降。 * * * * PCVD法的应用和CVD法比较 在硬质合金表面作镀层时由于温度低，基体不易脱碳，镀层下仍能保持基体中C的含量，镀层后整体的横断强度下降不多，在切削过程中不易发生硬质合金刀头的折断。 PCVD法要求的真空度比PVD低，设备成本也比PVD法和CVD法的低。 PCVD法的结合强度比PVD法好，镀后刀具的色泽可以和PVD的金黄色相似，因此在一定程度上取代了PVD法和CVD法，有着良好的发展前景。 * * 激光化学气相沉积（LCVD） 激光化学气相沉积是新出现的技术，通过激光激活而使常规CVD技术得到强化，工作温度大大降低，在这个意义上LCVD类似于PCVD技术，然而这两种技术之间有一些重要差别。 * * LCVD主要有两类：热解LCVD和光分解LCVD。 LCVD的应用包括激光光刻、大规模集成电路掩膜的修正、激光蒸发一沉积以及金属化。 * * PVD和CVD两种工艺的对比 工艺温度高低是CVD和PVD之间的主要区别。温度对于高速钢镀膜具有重大意义。CVD法的工艺温度超过了高速钢的回火温度，用CVD法镀制的高速钢工件，必须进行镀膜后的真空热处理，以恢复硬度。镀后热处理会产生不容许的变形。 CVD工艺对进入反应器工件的清洁要求比PVD工艺低一些，因为附着在工件表面的一些脏东西很容易在高温下烧掉。此外，高温下得到的镀层结合强度要更好些。 * * CVD镀层往往比各种PVD镀层略厚一些，CVD镀层往往厚度在7.5μm左右，PVD镀层通常不到2.5μm厚。 CVD镀层的表面略比基体的表面粗糙些。相反，PVD镀膜如实地反映材料的表面，不用研磨就具有很好的金属光泽，这在装饰镀膜方面十分重要。 CVD反应发生在低真空的气态环境中，具有很好的绕镀性，所以密封在CVD反应器中的所有工件，除去支承点之外，全部表面都能完全镀好，甚至深孔、内壁也可镀上。相对而论，所有的PVD技术由于气压较低，绕镀性较差，因此工件背面和侧面的镀制效果不理想。 * * PVD的反应器必须减少装载密度以避免形成阴影，而且装卡、固定比较复杂。 在PVD反应器中，通常工件要不停地转动，并且有时还需要边转边往复运动。 在CVD工艺过程中，要严格控制工艺条件，否则，系统中的反应气体或反应产物的腐蚀作用会使基体脆化，高温会使TiN镀层的晶粒粗大。 * * CVD和PVD这两种工艺的成本比较 最初的设备投资PVD是CVD的3～4倍，而PVD工艺的生产周期是CVD的1／10。 在CVD的一个操作循环中，可以对各式各样的工件进行处理，而PVD就受到很大限制。 综合比较，在两种工艺都可用的范围内，采用PVD要比CVD代价高。 * * 操作运行安全问题 PVD是一种完全没有污染的工序，有人称它为“绿色工程”。 而CVD的反应气体、反应尾气都可能具有一定的腐蚀性、可燃性及毒性，反应尾气中还可能有粉末状以及碎片状的物质，因此对设备、环境、操作人员都必须采取一定的措施加以防范。 * * 膜／基体系的选择 选择膜/基体系时，应考虑膜/基之间的相互作用，对硬质镀层