第4章-物理气相沉积.pptVIP

2.4 阴极溅射镀膜的特点 第四章 物理气相沉积技术 第四章 物理气相沉积技术 在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物质离子化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。 ★ 特点： 1、把气体辉光放电、等离子体技术与真空蒸发镀膜结合在一起。 2、提高了膜层性能 3、扩充了镀膜技术的应用范围，兼有真空蒸发和溅射的优点外，附着力好、绕射性好、材料广泛。 第四章 物理气相沉积技术 ★ 过程 ① 预抽真空 10-3 Pa（高本底真空度） ② 充Ar气 10-1～10-3 Pa（低压惰性气体高压放电） ③ 溅射清洗 ④ 离子镀膜（镀膜材料蒸发、离化、加速、沉积） 第四章 物理气相沉积技术 沉积与溅射同时存在 成膜的条件： 溅射速度＜沉积速度 3.2 离子轰击的作用 ◆ 对基片表面 离子溅射 — 清除吸附气体、溅射掉表面物质、 发生反应。 产生缺陷 — 当能量大于25eV，缺陷产生。 结晶学破坏 — 形成非晶态。 表面成分变化—择优溅射。 气体渗入 形貌变化 温度升高 近表面材料的物理混合 第四章 物理气相沉积技术 造成几何表面凹凸不平，在较高部位优先形核生长，得到柱状晶结构。 在离子镀过程中，因轰击溅射逸散在空间的基体原子 有一部分会再返回到基片表面与蒸发原子混合发生“凝固扩散”作用，促进了中间层的形成，使膜/基界面附近的微小区域内的成分逐渐变化，这种膜/基界面附近成分逐渐变化的区域称为“伪扩散层”。 3.2 离子轰击的作用 ◆ 对界面的影响 物理混合—沉积+溅射 →“伪扩散层” 增强扩散 改变成核方式 溅射效应 – 优先除去结合松散的原子 改善覆盖度 第四章 物理气相沉积技术 3.2 离子轰击的作用 ◆ 对薄膜的生长 降低薄膜内应力 增加反应程度和速度 第四章 物理气相沉积技术 ① 离子镀可在较低的温度下进行（成膜温度低） ② 结合力好 ③ 绕镀性好 ④ 沉积速率高 沉积速率一般为1~50μm/min 溅射一般为0.01~0.5μm/min 真空蒸镀为0.1~5μm/min ⑤ 无环境污染 第四章 物理气相沉积技术 分 类 真空蒸镀 溅射镀膜 离子镀 沉积 粒子 能量 中性原子 0.1eV~1eV 1eV~10eV 0.1eV~1eV (此外还有高能中性原子) 入射离子 数百～数千电子伏特 沉积 速率 μm/min 0.1~5 0.01~0.5 (磁控溅射可接近真空蒸镀) 1～50 膜层 特点 密度 低温时密度较小但表面平滑 密度大 密度大 气孔 低温时多 气孔少，但混入溅射气体较多 无气孔，但膜层缺陷较多。 第四章 物理气相沉积技术 分 类 真空蒸镀 溅射镀膜 离子镀 膜层特点 附着力 不太好 较好 很好 内应力 拉应力 压应力 应工艺条件而定 绕射性 差 较好 较好 被沉积物质 的气化方式 电阻加热、电子束加热、感应加热等。 阴极溅射 蒸发式、溅射式、化学式。 镀膜原理及特点 工件不带电，真空条件下金属加热蒸发沉积到工件表面 工件为阳极，靶材为阴极，利用氩离子溅射，靶材原子击出而沉积。 工件带负偏压，工件表面受离子轰击同时，被沉积蒸发物或其反应物。 物理气相沉积的三种基本方法比较 第四章 物理气相沉积技术 第四章 物理气相沉积技术 第四章 物理气相沉积技术 在航空领域主要用在以下几个方面 1、离子镀润滑材料（固体润滑膜镀Ag、MoS2） 2、离子镀耐热材料（FeCrAlY、Al2O3） 3、离子镀耐蚀材料（镀Al） 4、离子镀高温防护涂层（铝化物涂层、热障涂层） 第四章 物理气相沉积技术 1、气相沉积的基本过程包括哪几个步骤？ 2、物理气相沉积的基本镀膜技术有哪几种？它们的沉积原理各是什么？ 3、在溅射与离子镀技术中应用气体放电的目的是什么？ 4、试述离子镀技术是如何将真空蒸发镀与阴极溅射技术结合起来的。试分析离子镀膜/基结合强度特点。 第四章 物理气相沉积技术 * ★ 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）， 在真空条件下，利用热蒸发或辉光放电、弧光放电等物理过程，实现材料的迁移，并在零件基体表面上沉积形成涂层的技术。包括真空蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜。 第四章 物理气相沉积技