真空镀膜技术基础ppt课件.ppt

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1、毕英慧真空镀膜技术基础2011.8.25主要内容1真空镀膜概论2真空蒸发镀膜3真空溅射镀膜4真空离子镀膜1.1真空镀膜技术真空镀膜技术在真空条件下利用某种方法，在固体表面上镀一层与基体材料不同的薄膜材料，也可以利用固体本身生成一层与基体不同的薄膜材料，即真空镀膜技术。1真空镀膜概论1.2真空镀膜特点在真空条件下镀膜，膜不易受污染，可获得纯度高、致密性好、厚度均匀的膜层。膜材和基体材料有广泛的选择性，可以制备各种不同的功能性薄膜。薄膜与基体附着强度好，膜层牢固。对环境无污染。1.3真空镀膜技术分类物理气相沉积（PVD）如：热蒸发沉积、溅射沉积、离子镀和

2、分子束外延。化学气相沉积（CVD）如：热化学气相沉积、光化学气相沉积、等离子体化学气相沉积。物理-化学气相沉积（PCVD）表1真空表面处理技术的分类表2各种干式镀膜技术的比较1.4真空镀膜的应用真空镀膜的应用非常广泛，它可以应用于电子、机械、光学、能源、轻工、食品、建筑、装饰等工业方面以及传感器、变换器等。此外，塑料表面金属薄膜以及金属表面的塑料薄膜广泛应用于日常生活各方面。表3薄膜的应用2真空蒸发镀膜2.1真空蒸发镀膜原理2.1.1真空蒸发镀膜的物理过程将膜材置于真空室内的蒸发源中，在高真空条件下，通过蒸发源加热使其蒸发，膜材蒸气的原子或分子从蒸发

3、源表面逸出。由于高真空气氛，真空室中气体分子的平均自由程大于真空室的线性尺寸，故此蒸汽分子很少与其它分子相碰撞，以直线方式达到基片表面，通过物理吸附和化学吸附凝结在基片表面，形成薄膜。这就是真空蒸发镀膜的基本原理。图2-1真空蒸发镀膜原理图1.基本加热电源2.真空室3.基片架4.基片5.膜材6.蒸发舟7.加热电源8.抽气口9.真空密封10.挡板11.蒸汽流真空蒸发镀膜从物料蒸发输运到沉积成膜，经历的物理过程为：1）采用各种能源方式转换成热能，加热膜材使之蒸发或升华，成为具有一定能量（0.1～0.3eV）的气态粒子（原子、分子或原子团）；2）离开膜材表

4、面，具有相当运动速度的气态粒子以基本上无碰撞的直线飞行输运到基片表面；3）到达基片表面的气态粒子凝聚形核后生长成固相薄膜；4）组成薄膜的原子重组排列或产生化学键合。2.1.2蒸发镀膜成膜条件2.1.2.1蒸发过程中的真空条件当真空容器内蒸气分子的平均自由程大于蒸发源与基片的距离时，就会获得充分的真空条件。L：蒸发源与基片的距离，即蒸距；λ：气体分子的平均自由程；N1：从蒸发源蒸发出来的蒸气分子数；N0：在相距为L的蒸发源与基片之间发生碰撞而散射的蒸气分子数；图2-2N1/N0与L/λ的关系曲线1）在真空蒸发镀膜设备中，真空镀膜室的起始真空度必须高于1

5、0-2Pa，至少为10-3Pa。2）由于残余气体在蒸镀过程中对膜层的影响很大，因此要求膜材蒸气分子到达基片表面的速率高于残余气体分子到达基片表面上的速率，以减少残余气体分子对膜层的撞击和污染，提高膜层的纯度。2.1.2.2镀膜过程中的蒸发条件蒸发速率应足够大，以达到工艺要求的沉积速率（kg/m2s）。图2-3某些金属蒸气压与温度的关系曲线基片应进行镀前处理，使其粗糙度小，表面上无污染物，无氧化化层等。2.1.2.3镀膜前基片的清洗2.2蒸发源蒸发源是用来加热膜材使之汽化蒸发的装置。按加热方式分类电阻加热式电子束加热式感应加热式空心热阴极等离子体电子束

6、式激光束加热式2.2.1电阻加热式蒸发源---最简单电阻加热式蒸发源材料需具有以下特点：（1）高熔点。必须高于待蒸发膜材的熔点。（2）低饱和蒸气压。保证足够低的自蒸发量，不至于影响系统真空度和污染膜层。（3）化学性能稳定。在高温下不应与膜材发生反应生成化合物或合金化。图2-4电阻加热式蒸发源——丝状源与箔状源图2-5电阻加热式蒸发源——蒸发用坩埚加热器2.2.2电子束/枪加热式蒸发源---现在应用较多电子束加热式蒸发源是利用热阴极发射电子在电场作用下成为高能量密度的电子束直接轰击到镀料上。电子束的动能转化为热能，使镀料加热汽化，完成蒸发镀膜。电子束加

7、热蒸发的优点：（1）电子束加热比电阻加热具有更高的能量密度，可以蒸发高熔点材料，如W、Mo、Al2O3等，并可得到较高的蒸发速率；（2）被蒸发材料置于水冷铜坩锅内，可避免坩埚材料污染，可制备高纯薄膜；（3）电子束蒸发粒子动能大，有利于获得致密、结合力好的膜层。电子束加热蒸发的缺点：（1）结构较复杂，设备价格较昂贵；（2）若蒸发源附近的蒸气密度高，电子束流和蒸气粒子之间会发生相互作用，电子的能量将散失和轨道偏移；同时引起蒸气和残余气体的激发和电离，会影响膜层质量。图2-6电子束加热式蒸发源——e型枪工作原理示意图1发射体组件2阳极3电磁线圈4水冷坩埚5

8、离子收集板6电子收集极7电子束轨迹8正离子轨迹9散射电子轨迹10等离子体图2-7电子束加热式蒸发源——e型枪