《物理气相沉积技术》PPT课件

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1、物理气相沉积技术第八章低维材料定义：二维、一维和零维材料，统称低维材料。二维材料：是指当材料的任一维度，如Z方向的尺寸小到纳米量级，则此材料就成为X，Y方向延展的二维材料。——薄膜材料(纳米薄膜）一维材料：当材料在Z方向缩小的同时，Y方向也缩小到纳米尺度。——又称量子线，纳米管零维材料：当材料在X，Y，Z方向上的尺寸都缩小到纳米量级。——纳米粉体材料PVD是制备低维材料的手段，特别是薄膜材料！WhatistheDeposition?GasLiquidSolidCondensationVaporizationDepositionFreezingMeltingSubli

2、mation薄膜材料的制备气相沉积技术溶胶凝胶技术PVDCVD蒸发镀离子镀溅射镀（装饰，机械制品，电子器件）眼镜片的镀膜1、减反射膜（增透膜）2、顶膜（防水膜、防雾膜）镀膜技术的评价薄膜性能膜厚分布附着力沉积速度一、真空蒸发镀概念：真空蒸发镀是将被镀工件放在真空室，并用一定方法加热使镀膜材料（简称膜料）蒸发或升华飞至工件表面凝聚成膜。（一）真空蒸发镀示意图１、蒸发２、汽化粒子的输运　（源－基距＜平均自由程）３、凝聚、生长过程（二）主要过程1、蒸发过程蒸发速率：Gm＝4.38*10－3PS(Ar/T）0.5确定材料的饱和蒸汽压PS，TGm确定材料的饱和蒸汽压PS，Gm

3、T蒸汽粒子的空间分布蒸发源膜料点，平面类型物性加热条件蒸发方式（蒸发源类型）1、电阻加热蒸发方式2、电子束加热蒸发方式3、高频加热蒸发方式4、激光加热蒸发方式优点：可用于高熔点膜材，蒸发速率高膜料与电阻丝不直接接触3、凝聚、生长过程表面现象：被吸附粒子的凝聚、生长过程：原子表面扩散，发生碰撞，形成原子簇团；原子超过临界值，形成稳定核；稳定核合并；晶核长大；生成连续膜或纳米粒子。反射吸附再蒸发动态平衡（三）真空蒸发镀工艺1、一般工艺镀前准备－抽真空－离子轰击一烘烤一预热一蒸发镀一取件－镀后处理一检测一成品。2、合金蒸发镀工艺(蒸汽压不同导致组分偏离)（1）多源同时蒸发

4、法（2）瞬源同时蒸镀法（闪蒸法）清洗、蒸发源表面清洗除吸附气体提高基体活性立式蒸发镀膜机蒸发镀膜制品二、溅射镀(一）概念用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法称为溅射镀膜。靶材(二）镀膜原理1.离子束溅射：指真空状态下用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒子在基片表面成膜。2.阴极溅射：利用低压气体的异常辉光放电产生的阳离子，在电极作用下高速冲向阴极（耙材），以致对靶材表面产生非常强烈的溅射作用，并使溅射出的粒子沉积到基片或工件上成膜，是把基片或工件作为阳极。离子束溅射工艺昂贵阴极溅射镀膜原理示意图1-高压屏蔽2

5、-高压线3-基片4-钟罩5-阴极屏蔽6-阴极（靶材）7-阳极8-加热器9-Ar进口10-加热电源11-至真空系统12-高压电源阴极溅射主要过程：阳离子电子靶材（阴极）基材（阳极）二次电子正离子气体辉光放电加热基材再次轰击靶材原子，分子（三）膜生成的三大阶段：1.靶面原子的溅射2.溅射原子向基片迁移★粒子的平均自由程，决定了靶面与基板的距离！3.成膜粒子向基板入射并沉积成膜靶面原子的溅射1.机理1）高温蒸发2）弹性碰撞2.靶材表面原子运动现象粒子能量高能粒子低能粒子高能粒子发生现象溅射现象原位振动反冲，联级碰撞产生效应原子脱离晶格提高表面活性周围原子碰撞移位（四）影响

6、溅射量的因素：1.Q，气压高，离子数目多，杂质多2.η1）靶材元素种类；2）入射离子能量3.T4.入射角S=ηQ溅射量溅射效率入射离子数目Ar＋溅射不同靶材的溅射率曲线不同气体离子轰击钨靶的溅射率曲线（五）溅射镀膜的优缺点优点：1）适用性广2）粒子能量高：对基片有清洗，升温的作用；薄膜附着力大。3）薄膜成分易控制4）可实现工业化缺点：1）装置复杂2）受气氛影响3）需要制备靶材4）沉积速度低5）基片温度高真空蒸发镀膜：0.1～5um/min二级溅射速率：0.01～0.5um/min射频、磁控溅射（六）常用阴极溅射方法根据电极的结构，电极的相对位置以及溅射镀膜的过程可以

7、分为二极溅射、三极（四极）溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射、吸气溅射等。按溅射方式的不同，又可分为直流溅射、射频溅射、偏压溅射和反应溅射等。1、二极溅射镀膜属于单纯直流溅射法，装置简单，是最早采用的阴极溅射方法。问题：1）有直射电子冲击基材，使基材温度升高达几百度，因此塑料和不允许热变形的精密零件无法采用。——磁控溅射2）速度慢，不适于制造10μm以上的厚膜。——磁控溅射3）只能沉积金属膜，而不能沉积介质膜。——射频，磁控溅射2、射频溅射镀膜原理：利用高频电磁辐射来维持低气压（2.5×10－2Pa）的辉光放电。这样在一个周期内正离子和电子可以交替地轰击靶，