物理气相沉积PVD基础

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1、物理气相沉积（PVD）基础工艺与应用深圳市京泓真空薄膜有限公司www.jh-vac.com哪里需要用到薄膜？¢从剃须刀片到人工心脏支架¢从切削工具到空间飞行器¢从微型半导体到巨型涡轮¢从腕表到壁挂式等离子显示器¢从薯片包装到机场塔台¢从光谱到超级望远镜¢导言：薄膜的物理特性完全不同于其体材的特性¢薄膜可在艺术，科学及科技领域间转换¢目前薄膜是一个具有数十亿美元的产业高科技领域¢汽车工业¢航空航天¢太空技术（人造卫星）¢原子能¢清洁能源的生成和转换¢生物技术¢纳米技术：材料技术的前沿高科技领域的应用¢太阳能转换（光伏）¢红外摄影¢激光镜镀膜¢核反应视窗¢电镀板视窗

2、薄膜¢薄膜是如何制成的？¢我们是如何定义这些薄膜的？¢薄膜领域的挑战有哪些？¢部分问题的解答PVD方法制备薄膜¢PVD的基本原理¾热蒸发¾电子束蒸发¾溅射（DC,RF,DC磁控）¾分子束延展¾脉冲式激光烧蚀/沉积PLD¢薄膜生长基础薄膜沉积¢物理气相沉积（PVD）¢化学气相沉积（CVD）¢电沉积¢物理沉积¾自旋转¾溶胶-凝胶¾丝网印刷物理气相沉积（PVD）¢主要分类：---蒸发（热化，电子束，RF）---溅射（RF，DC，磁控）¢其他方法：---脉冲激光沉积（激光烧蚀）---分子束延展（MBE）---离子镀（蒸发+等离子）PVD技术背景¢PVD的特点：生成的气相

3、金属和不同的气体发生反应形成薄膜¢现在常用的PVD技术有：1、溅射2、电子束蒸发3、多弧沉积（离子键）4、分子束延展5、脉冲激光沉积/烧蚀PLD金属热蒸发平衡气压和温度的曲线图PVD技术的特点¢所有的PVD技术都是从源材料或是阴极（靶）以金属离子，电子和中性粒子的形式生成金属蒸气¢源材料是纯金属或是合金，如Ti,Zr,Cr,Ti/Al合金¢氮气，氧气，碳氢化合物（甲烷，乙烷，乙炔）和其他化合物的反应气体和金属蒸气反应形成一个等离子蒸发¢纯度高¢成本低¢方向性好¢材料受限电子束蒸发热源优点缺点电阻丝无辐射有污染电子束低污染有辐射RF射频无辐射有污染激光PLD无辐射

4、，低污染成本高电子束蒸发e-beamò用集中式电子束源熔化坩埚里的金属生成金属气相等离子ò金属气相离子在低压下反应生成膜层ò基片材料施加正电压时电子束源可以用电子来加热基片ò当电子束通负电压时，电子束可以电离氩气来增强基片的溅射刻蚀电子束蒸发e-beam优点：¢改善基片的调节能力¢膜层无缺陷，致密¢膜层平整，光亮，外形美观缺点：¢由于蒸发源是熔化的，腔体的形状受到系统底部的限制PVD---溅射技术¢溅射离子镀或溅射¢磁控溅射¢非平衡磁控溅射什么是磁控溅射磁控溅射是一种等离子真空镀膜技术¢什么是溅射？¢什么是磁控？京泓真空薄膜¢什么是等离子？什么是溅射¢表面上原子

5、或离子因和入射的离子发生碰撞而导致动量转换而从表面溅射¢和其他的很多气相技术相比溅射没有材料融化的问题什么是磁控磁控系统的组成：阴极=电子源阳极=电子收集器电场和磁场的结合B,EB是磁场，E是电场综合方法：激光烧蚀方向性沉积工艺的形状òCosine投影定律很重要ò等离子间的相互作用而使的溅射相对不重要特点¢等离子是具有一定气体特性的带电粒子的聚集体，具有良好的导电性，其组成受磁场的影响¢等离子的成分在材料源和基片间呈直线或是瞄准线运动¢前面提到的每项技术都会生成等离子，但是采用的不同技术决定了等离子参与的质量¢等离子和气体在基片处发生发应就会形成膜层镀膜工艺分三

6、个阶段：¢蒸发：从靶或是阴极上材料的移出¢运输：蒸发材料从靶材到基片的输运¢凝结：膜层在基片上的成核和生长蒸发的分类热化（阴极）•设备简单•方向性好•有污染电子束•污染低•功率低•材料具有高熔点•材料本身可以做坩埚使用•对非导电会形成电荷聚集分子束延展MBE•沉积速率稳定•蒸发源使用率高•有不均匀的问题薄膜的成核和生长¢当尺寸达到临界时就会发生成核¢生长过程取决于沉积技术---非均匀性界面膜---应力和应力梯度---附着性---机械特性生长模式层层生长---Frank-vanderMerwe生长模式VCD/PVDCVD提供：PVD提供：¢绝缘层（Al2O3）•温

7、度受限少¢更经济（尤其是小部件）•可镀切削部件的锋利面¢形状受限少•外观美观（彩色，耐指纹）•不受公差的影响PVD的局限性PVD技术的挑战：¢大面积部件的均匀覆盖度¢曲面部件的镀膜¢在线控制物理特性我们在薄膜特性还未了解的部分PVD技术最常见的应用¢手表外壳和表带¢外观镀膜（塑胶件和玻璃镜片）¢汽车和反光杯¢家居用品的耐腐蚀耐磨损镀膜¢机械工具的硬化镀膜¢玩具，家居用品等的装饰镀谢谢阅读！！如有需要咨询的请联络我们或是发邮件给我们！Email:szjhvac@gmail.com深圳市京泓真空薄膜有限公司www.jh-vac.com