材料表面与界面演示教学.ppt

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1、材料表面与界面气相沉积技术一般可分为两大类：物理气相沉积(PhysicalVapourDeposition--PVD)和化学气相沉积(ChemicalVapourDeposition--CVD)。能力知识点1物理气相沉积在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其离子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法称为物理气相沉积（PVD）。物理气相沉积法主要包括真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜等。物理气相沉积（PVD）技术经历了由最初的真空蒸镀到1963年离子镀技术的开发和应用。20世纪70年代末磁控溅射技术有了新的突破。近年来，各种复合技术，如离子注入与各种PVD

2、方法的复合，已经在新材料涂层、功能涂层、超硬涂层的开发制备中成为必不可少的工艺方法。PVD法已广泛用于机械、航空、电子、轻工和光学等工业部门中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、装饰、润滑、压电和超导等各种镀层。随着物理气相沉积设备的不断完善、大型化和连续化，它的应用范围和可镀工件尺寸不断扩大，已成为国内外近20年来争相发展和采用的先进技术之一。一、蒸发镀在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀膜材料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称为蒸发镀膜，简称蒸镀。蒸发镀是PVD方法中最早用于工业生产的一种方法，该方法工艺成熟，设备较完善，低熔点金属蒸发效率高，可用于制备介质

3、膜、电阻、电容等，也可以在塑料薄膜和纸张上连续蒸镀铝膜。1．蒸发镀的原理和液体一样，固体在一定温度下也可以或多或少的气化（升华），形成该物质的蒸气。在高真空中，将镀膜材料加热到高温，相应温度下的饱和蒸气就在真空槽中散发，蒸发原子在各个方向的通量并不相等。基体设在蒸气源的上方阻挡蒸气流，且使基体保持相对较低的温度，蒸气则在其上形成凝固膜。为了弥补凝固的蒸气，蒸发源要以一定的比例供给蒸气。真空容器(提供蒸发所需的真空环境)。蒸发源(为蒸镀材料的蒸发提供热量)。基片(即被镀工件，在它上面形成蒸发料沉积层)，基片架(安装夹持基片)。加热器。蒸发镀膜系统蒸发成膜过程是由蒸发、蒸

4、发材料粒子的迁移和沉积三个过程所组成。被镀材料蒸发过程蒸发材料粒子迁移过程蒸发材料粒子沉积过程蒸发材料蒸发材料粒子基片(工件)在真空容器中将蒸镀材料(金属或非金属)加热，当达到适当温度后，便有大量的原子和分子离开蒸镀材料的表面进入气相。因为容器内气压足够低，这些原子或分子几乎不经碰撞地在空间内飞散，当到达表面温度相对低的被镀工件表面时，便凝结而形成薄膜。根据蒸发镀的原理可知，通过采用单金属镀膜材料或合金镀膜材料就可在基体上得到单金属膜层或得到合金膜层。但由于在同一温度下，不同的金属具有不同的饱和蒸气压，其蒸发速度也不一样，蒸发速度快的金属将比蒸发速度慢的金属先蒸

5、发完，这样所得的膜层成分就会与合金镀料的成分有明显的不同。所以，通过蒸发镀获得合金镀膜比获得单金属镀膜困难。真空蒸镀时，蒸发粒子动能为0.1～1.0eV,膜对基体的附着力较弱，为了改进结合力，一般采用:在基板背面设置一个加热器，加热基极，使基板保持适当的温度，这既净化了基板，又使膜和基体之间形成一薄的扩散层,增大了附着力。对于蒸镀像Au这样附着力弱的金属，可以先蒸镀像Cr，Al等结合力高的薄膜作底层。2．蒸发镀用途蒸镀只适用于镀制对结合强度要求不高的某些功能膜，例如用作电极的导电膜，光学透镜的反射膜及装饰用的金膜、银膜。2．蒸发镀用途蒸镀纯金属膜中90％是铝膜，铝膜有

6、广泛的用途。目前在制镜工业中已经广泛采用蒸镀，以铝代银，节约贵重金属。集成电路是镀铝进行金属化，然后再刻蚀出导线。在聚酯薄膜上镀铝具有多种用途，可制造小体积的电容器；制作防止紫外线照射的食品软包装袋等；经阳极氧化和着色后即得色彩鲜艳的装饰膜。双面蒸镀铝的薄钢板可代替镀锡的马口铁制造罐头盒。二、溅射镀膜离子束射向一块固体材料时，有三种可能：1．入射离子把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，这个现象叫做溅射。2．入射离子从固体材料表面弹了回来，或者穿出固体材料而去，这些现象叫做散射。3．入射离子受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中，这一现象就叫做

7、离子注入。溅射镀膜在真空室内用几十电子伏持或更高动能的荷能粒子(通常是Ar+)轰击阴极(沉积材料做的靶)，将其原子溅射出，迁移到基片(工件)上沉积形成镀层的过程称为溅射镀膜。在溅射镀膜中，被轰击的材料称为靶。二极溅射是最基本最简单的溅射装置。在右图的直流二极溅射装置中，主要部件为靶(阴极)、工件(基片)和阳极。1．基本原理其中靶是一平板，由欲沉积的材料组成，一般将它与电源的负极相连，故此法又常称为阴极溅射镀膜。固定装置可以使工件接地、悬空、偏置、加热、冷却或同时兼有上述几种功能。真空室中需要充入气体作为媒介，使辉光放电得以启动和维持，最常用的气体是氩