气相沉积技术分析.pptVIP

1．薄膜的定义 薄膜可以定义为：按照一定的需要，利用特殊的制备技术，在基体表面形成厚度为亚微米至微米级的膜层。从原子尺度来看，薄膜的表面呈不连续性，高低不平，薄膜内部有空位、位错等缺陷，并且有杂质的混入。用各种工艺方法，控制一定的工艺参数，可以得到不同结构的薄膜，如单晶薄膜、多晶薄膜、非晶态薄膜、亚微米级的超薄膜以及晶体取向外延薄膜等。 (1)岛状生长。一般的物理气相沉积都是这种生长模式。首先在基底上形成临界核，当原子不断地沉积时，核以三维方向长大，不仅增高而且扩大，形成岛状，同时还会出现新的核继续长大成岛。当岛在基底上不断扩大时，岛会相互联系起来，构成岛的通道。当原子继续沉积，通道的横向也会连接起来，形成连续的薄膜。这种薄膜表面起伏较大，表面粗糙。 (2)层状生长。当覆盖度日小于1时，在基底上生成一些分立的单分子层组成的临界核，继续沉积时就会形成一连续的单分子层，然后在第一层上再生长单分子层的粒子。当覆，盖度日大于2时，形成两个分子层，并在连续层上再出现分立的单分子层的粒子。继续沉积，将一层一层地生长下去，形成一定厚度的连续膜。 (3)层状加岛状生长。随原子沉积量的增加，即有单分子形成，在连续层上又有岛的生长。 由于表面分析技术的进步，现在可用多种方法来观察薄膜的形成过程，如透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、场离子显微镜(FIM)、扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等。 其中最方便的是原子力显微镜，因为薄膜在不同阶段沉积后，样品可不作任何处理便可直接观察。虽然原子力显微镜的分辨率相当高，但仍然不能看到临界核，所看到的是临界核长大后的粒子或岛，然后岛长大、接合，出现迷津结构。随着原子沉积增加，使通道加宽，空洞减少，最后形成连续的薄膜。 PVD CVD 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，简称PVD法），是利用热蒸发、辉光放电或弧光放电等物理过程，在基材表面沉积所需涂层的技术。 化学气相沉积是利用气态物质在固体表面发生化学反应，生成固态沉积物的过程。化学气相沉积的过程可以在常压下进行，也可以在低压下进行。CVD技术是当前获得固态薄膜的方法之一。 提高模具的精度、寿命、硬度和耐磨损、耐腐蚀以及耐高温性能通常包括三个方面： ①正确选择模具材料； ②对模具基体的热处理； ③对模具表面的改性处理。模具表面改性处理的方法很多，有镀硬铬、合金的电镀法，有氮化、碳化及氧化等化学处理方法，有化学气相沉积(CVD)法和物理真空镀(PVD)法等镀膜的方法. 金属表面的处理方法中，CVD法应用较早，我国从70年代开始，主要用于超硬涂层。但耐冲击性能较差，特别是在间断切削时，很容易发生脆裂。PVD法可以克服这个缺点，它可以在工具钢的退火温度以下形成涂层。两者比较见表1。 在模具的处理中，CVD法有些方面适用，尤其是用于凸模类的冷锻。然而，由于CVD是在工具钢的变态点以上的高温处进行处理，所以就必须有真空淬火和回火的后续处理，因此会发生变形，难于满足高精度的要求。相比之下，用PVD法就完全不发生变形。