气相沉积技术(共54张课件).pptxVIP

第七章气相沉积技术;气相沉积技术是近30年来迅速发展的表面技术，它利用气相在各种材料或制品的表面进行沉积，制备单层或多层薄膜，使材料或制品获得所需的各种优异性能。

这项技术早期也被称为“干镀”，主要分PVD和CVD：

物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition）

化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition）;;气相沉积基体过程包括三个步骤：

（1）提供气相镀料；

蒸发镀膜:使镀料加热蒸发；

溅射镀膜:用具有一定能量的离子轰击，从靶材上击出镀料原子。

（2）镀料向所镀制的工件（或基片）输送

（在真空中进行，这主要是为了避免过多气体碰撞）

高真空度时（真空度为10-2Pa）：

镀料原子很少与残余气体分子碰撞，基本上是从镀源直线前进至基片；

低真空度时（如真空度为10Pa）：

则镀料原子会与残余气体分子发生碰撞而绕射，但只要不过于降低镀膜速率，还是允许的。

真空度过低，镀料原子频繁碰撞会相互凝聚为微粒，则镀膜过程无法进行。;（3）镀料沉积在基片上构成膜层。

气相物质在基片上沉积是一个凝聚过程。根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。

其中沉积过程中若沉积粒子来源于化合物的气相分解反应，则称为化学气相沉积（CVD），否则称为物理气相沉积（PVD）。

;反应镀

镀料原子在沉积时，可与其它活性气体分子发生化学反应而形成化合物膜，称为反应镀。反应镀在工艺和设备上变化不大，可以认为是蒸镀和溅射的一种应用；

离子镀

在镀料原子凝聚成膜的过程中，还可以同时用具有一定能量的离子轰击膜层，目的是改变膜层的结构和性能，这种镀膜技术称为离子镀。

离子镀在技术上变化较大，所以通常将其与蒸镀和溅射并列为另一类镀膜技术。;7.2物理气相沉积;物理气相沉积（PVD）技术经历了由最初的真空蒸镀到1963年离子镀技术的开发和应用。20世纪70年代末磁控溅射技术有了新的突破。

近年来，各种复合技术，如离子注入与各种PVD方法的复合，已经在新材料涂层、功能涂层、超硬涂层的开发制备中成为必不可少的工艺方法。

PVD法已???泛用于机械、航空、电子、轻工和光学等工业部门中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、装饰、润滑、压电和超导等各种镀层。

随着物理气相沉积设备的不断完善、大型化和连续化，它的应用范围和可镀工件尺寸不断扩大，已成为国内外近20年来争相发展和采用的先进技术之一。;1.蒸发镀膜;真空容器(提供蒸发所需的真空环境)。

蒸发源(为蒸镀材料的蒸发提供热量)。

基片(即被镀工件，在它上面形成蒸发料沉积层)，基片架(安装夹持基片)。

加热器。;蒸发成膜过程是由蒸发、蒸发材料粒子的迁移和沉积三个过程所组成。;在真空容器中将蒸镀材料(金属或非金属)加热，当达到适当温度后，便有大量的原子和分子离开蒸镀材料的表面进入气相。

因为容器内气压足够低，这些原子或分子几乎不经碰撞地在空间内飞散，

当到达表面温度相对低的被镀工件表面时，便凝结而形成薄膜。;根据蒸发镀的原理可知，通过采用单金属镀膜材料或合金镀膜材料就可在基体上得到单金属膜层或得到合金膜层。但由于在同一温度下，不同的金属具有不同的饱和蒸气压，其蒸发速度也不一样，蒸发速度快的金属将比蒸发速度慢的金属先蒸发完，这样所得的膜层成分就会与合金镀料的成分有明显的不同。所以，通过蒸发镀获得合金镀膜比获得单金属镀膜困难。;真空蒸镀时，蒸发粒子动能为0.1～1.0eV,膜对基体的附着力较弱，为了改进结合力，一般采用:

在基板背面设置一个加热器，加热基极，使基板保持适当的温度，这既净化了基板，又使膜和基体之间形成一薄的扩散层,增大了附着力。

对于蒸镀像Au这样附着力弱的金属，可以先蒸镀像Cr，Al等结合力高的薄膜作底层。;蒸发镀用途;蒸镀纯金属膜中90％是铝膜，铝膜有广泛的用途。

目前在制镜工业中已经广泛采用蒸镀，以铝代银，节约贵重金属。

集成电路是镀铝进行金属化，然后再刻蚀出导线。在聚酯薄膜上镀铝具有多种用途，可制造小体积的电容器；制作防止紫外线照射的食品软包装袋等；经阳极氧化和着色后即得色彩鲜艳的装饰膜。

双面蒸镀铝的薄钢板可代替镀锡的马口铁制造罐头盒。;2.溅射镀膜;在真空室内用几十电子伏持或更高动能的荷能粒子(通常是Ar+)轰击阴极(沉积材料做的靶)，将其原子溅射出，迁移到基片(工件)上沉积形成镀层的过程称为溅射镀膜。

在溅射镀膜中，被轰击的材料称为靶。;二极溅射是最基本最简单的溅射装置。

在右图的直流二极溅射装置中，主要部件为靶(阴极)、工件(基片)和阳极。;1）基本