表面处理第十二讲气相沉积

《表面处理第十二讲气相沉积》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第十二讲气相沉积夲讲主要内容一、物理气相沉积（PVD）二、化学气相沉积（CVD）一、物理气相沉积（PVD）概念：在真空条件下，以各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程。按照沉积物理机制不同，分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、离子镀膜和分子束外延等几种技术。1、真空蒸发镀膜：把待镀膜材料置于高真空室内，通过加热使蒸发材料汽化（或升华），以原子、分子或原子团离开熔体表面，凝聚在具有一定温度的基材或工件表面，并冷凝成薄膜的过程。蒸发材料可以是金属、合金和化合物。一、物理气相沉积（PVD）1）真空蒸镀设备一、物理气相沉积（PVD）2）成膜机理一、物理气相沉积（PVD

2、）3）影响蒸镀过程的状态与参数：（1）真空度：一般为10-2~10-4Pa；（2）基材表面状态：清洁度；表面温度（低利于凝聚成膜，但结合力不高。适当提高温度可使镀膜与基材间形成一薄扩散层，提高结合力）；基材表面晶体结构（单晶体则镀膜也长成单晶体）；（3）蒸发温度：（略）（4）蒸发和凝结速率：（略）（5）基材表面与蒸发源的空间关系：（见后图）一、物理气相沉积（PVD）一、物理气相沉积（PVD）4）蒸发源：（1）电阻加热蒸发源一、物理气相沉积（PVD）（2）高频感应加热蒸发源：（3）电子束蒸发源：（4）激光蒸发源：一、物理气相沉积（PVD）5）特殊蒸镀工艺：（1）同时蒸发法：使用不同

3、蒸发源同时蒸发各组成元素，并分别控制蒸发速率，以获得所设计成分的薄膜。（2）瞬间蒸发法：合金和化合物中的组元蒸发速度相差很大时，难以采用同时蒸发法，就把蒸发镀料制成颗粒或粉末状，再一点点注入高温蒸发源中，使蒸发物质瞬间蒸发。这种方法可保证制备薄膜成分与镀料相同。一、物理气相沉积（PVD）2、溅射镀膜：1）原理：用高能粒子轰击固体（靶材）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材（工件）表面形成薄膜的方法。2）特点及应用：与蒸发镀膜相比，溅射镀膜时靶材无相变，化合物成分稳定，适合制备的镀膜材料非常广泛。由于溅射沉积到基材表面的粒子能量比蒸发时高50倍，对基材表面有清

4、洗和升温作用，所以镀膜附着力较大。一、物理气相沉积（PVD）3、离子镀膜：1）原理：在高真空室中充入氩气，用数百至数千伏直流电压使其电离，形成低压气体放电的等离子区。阳极兼做蒸发源，基材放在阴极板上。氩离子高速轰击基材并溅射清洗活化其表面，然后接通交流电，加热蒸发蒸发源中的膜料，蒸发出的粒子通过辉光放电的等离子区时部分被电离，成为正离子，高速打在基材表面。2）特点：（1）镀膜与基材结合力高；（2）均镀能力高；（3）镀膜与基材可以广泛搭配。二、化学气相沉积（CVD）1、概念：把一种或几种含有构成薄膜元素的单质气体或化合物通入放置有基材的反应室，借助气相作用或在基材上的化学反应生成所

5、希望的薄膜。2、特点：可以方便控制薄膜组成，制备各种单质、化合物、氧化物、氮化物甚至一些全新结构的薄膜。缺点是需要在较高温度下反应，基材温度高，沉积速率较低（每小时几微米到几百微米），基材难以进行局部沉积，参加沉积反应的气源和反应后的余气有一定的毒性。3、应用：在电子、机械等工业领域有广泛应用，特别用于氧化物、碳化物、金刚石和类金刚石等功能薄膜和超硬薄膜的沉积。分常压和低压（数百至数十Pa）CVD。后者镀膜均匀性好，针孔较少，反应气体利用率高。二、化学气相沉积（CVD）4、CVD装置及工艺应用：1）TiN涂层CVD过程：以氢气保护工件，加热到1000~1050℃。二、化学气相沉积

6、（CVD）2）热壁CVD装置：集成电路制作中的绝缘膜、金属膜、多晶硅膜（基材为硅晶片）。感应（红外）加热到600~800℃。二、化学气相沉积（CVD）5、CVD法制备薄膜主要工艺参数：1）温度：与成膜速度成正比。2）反应物供给及配比：要选择常温下是气态的物质或具有高蒸气压的液体或固体。一般为氢化物、卤化物以及金属有机化合物。气体组成比例会严重影响镀膜质量及生长率。3）压力：在负压反应器内成膜质量、速率较好。