物理气相沉积(pvd)技术

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1、物理气相沉积(PVD)技术第一节概述物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。，并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金屈外观件的表而处理方而达到越来越为广泛的应用。物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition,PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——同体或液体表而气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气休(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法冇，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等

2、。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基休表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表而，丿力史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。溅射镀膜基本原理是充fi(Ar)气的真空条件下，使氮气进行辉光放电，这时g(Ar)原子电离成氟离子(Ar+),歳离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引

3、起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发其至“异华”镀料，使Z电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子休电离技术，使镀料原子部分电离成离了，同时产生许多高能量的中性原了，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。物理气相沉积技术基木原理可分三个工艺步骤：(1)镀料的气化：即使镀料蒸发，界华或被溅射

4、，也就是通过镀料的气化源。(2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。(3)镀料原子、分子或离子在基休上沉积。物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基休的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。随着高科技及新兴工业发展，物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点，如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术，大型矩形长弧靶和溅射靶，非平衡磁控溅射靶，弯生靶技术，带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术，条状纤维织物卷

5、绕镀层技术等，使用的镀层成套设备，向计算机全自动，大型化工业规模方向发展。第二节真空蒸镀(一)真空蒸镀原理(1)真空蒸镀是在真空条件下，将镀料加热并蒸发，使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表而(升华)O(2)气态的原子、分子在真空中经过很少的碰撞迁移到基体。(3)镀料原子、分子沉积在基体表面形成薄膜。(二)蒸发源将镀料加热到蒸发温度并使之气化，这种加热装置称为蒸发源。最常用的蒸发源是电阻蒸发源和电子束蒸发源，特殊用途的蒸发源有高频感应加热、电弧加热、辐射加热、激光加热蒸发源等。(三)真空蒸镀工艺实例以塑料金属化为例。真空蒸镀工艺包括：镀前处理、镀膜及后处理。真空蒸镀的基本工艺过

6、程如下：(1)镀前处理，包括清洗镀件和预处理。具体清洗方法有清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离了轰击清洗等。具体预处理有除静电，涂底漆等。(1)装炉，包描真空室清理及镀件挂具的清洗，蒸发源安装、调试、镀件褂卡。(2)抽真空，一般先粗抽至6.6Pa以上，更早打开扩散泵的前级维持真空泵,加热扩散泵，待预热足够后，打开高阀，用扩散泵抽至6X10-3Pa半底真空度。(3)烘烤，将镀件烘烤加热到所需温度。(4)离了轰击，真空度一般在lOPa〜10-lPa,离了轰击电压200V〜lkV负高压，离击时间为5min〜30mino(5)预熔，调整电流使镀料预熔，调整电流使镀料预熔，除气lmin〜2mino

7、(6)蒸发沉积，根据要求调整蒸发电流，直到所需沉积时间结朿。(7)冷却，镀件在真空室内冷却到一定温度。⑼出炉，.取件后，关闭真空室，抽真空至1X10-lPa,扩散泵冷却到允许温度，才可关闭维持泵和冷却水。仃0)后处理，涂面漆。第三节溅射镀膜溅射镀膜是指在真空条件下，利用获得功能的粒子轰击靶材料表而，使靶材表面原子获得足够的能量而逃逸的过程称为溅射。被溅射的靶材沉积到基材表面，就称作溅射镀膜。溅射镀