物理气相沉积ppt课件.ppt

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1、第八章气相沉积技术气相沉积技术:发展迅速，应用广泛→→表面成膜技术application→→制备各种特殊力学性能的薄膜涂层，如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等。制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层等。超硬薄膜涂层等。since1970s→→薄膜技术和薄膜材料→→发展突飞猛进→→成果累累当代真空技术和材料科学中最活跃的研究领域微电子工业乃至信息工业的基础工艺:气相沉积技术+微细加工技术（光刻腐蚀、离子刻蚀、反应离子刻蚀、离子注入和离子束混合改性等在内的微细加工技术领域）可沉积的物质：金属膜、合金膜，化合物、非金属、半导体、陶瓷、塑

2、料膜等。沉积薄膜物质无限制→→基体无限制application1.大量用于电子器件和大规模集成电路制作2.制取磁性膜及磁记录介质、绝缘膜、电介质膜、压电膜、光学膜、光导膜、超导膜、传感器膜和耐磨、耐蚀、自润滑膜、装饰膜以及各种特殊需要的功能膜等在促进电子电路小型化、功能高度集成化方面发挥着关键的作用。薄膜技术：1.薄膜材料与制备技术2.薄膜沉积过程监测控制技术3.薄膜检测技术与薄膜应用技术薄膜产业→→门类齐全。8.1物理气相沉积（PVD）物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition，简称PVD法），是利用热

3、蒸发、辉光放电或弧光放电等物理过程，在基材表面沉积所需涂层的技术。包括:真空蒸发镀膜溅射镀膜离子镀膜物理气相沉积PVD设备与其他镀膜或表面处理方法相比，物理气相沉积具有以下特点：（1）镀层材料广泛，可镀各种金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物等化合物镀层，也能镀制金属、化合物的多层或复合层；（2）镀层附着力强；工艺温度低，工件一般无受热变形或材料变质等问题，如用离子镀得到TiN等硬质镀层，其工件温度可保持在550℃以下，这比化学气相沉积法制备同样的镀层所需的1000℃要低得多；镀层纯度高、组织致密；工艺过程主要由电参数控制，

4、易于控制、调节；对环境无污染。虽然存在设备较复杂、一次投资较大等缺陷，但由于以上特点，物理气相沉积技术具有广阔的发展前景。8.1.1物理气相沉积的基本过程（1）气相物质的产生一类方法是使镀料加热蒸发，称为蒸发镀膜；另一类是用具有一定能量的离子轰击靶材（镀料），从靶材上击出镀料原子，称为溅射镀膜。（2）气相物质的输送气相物质的输送要求在真空中进行，这主要是为了避免气体碰撞妨碍气相镀料到达基片。（3）气相物质的沉积气相物质在基片上沉积是一个凝聚过程。根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。蒸镀和溅射是物理气相沉积

5、的两类基本镀膜技术。以此为基础，又衍生出反应镀和离子镀。其中反应镀在工艺和设备上变化不大，可以认为是蒸镀和溅射的一种应用；而离子镀在技术上变化较大，所以通常将其与蒸镀和溅射并列为另一类镀膜技术。反应镀镀料原子在沉积时，可与其它活性气体分子发生化学反应而形成化合物膜，称为反应镀。离子镀在镀料原子凝聚成膜的过程中，还可以同时用具有一定能量的离子轰击膜层，目的是改变膜层的结构和性能，这种镀膜技术称为离子镀。8.1.2蒸发镀膜蒸发镀是PVD方法中最早用于工业生产的一种，该方法工艺成熟，设备较完善，低熔点金属蒸发效果高，可用于制备介

6、质膜、电阻、电容等，也可以在塑料薄膜和纸张上连续蒸镀铝膜。定义：在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称为蒸发镀膜，简称蒸镀。一、蒸发原理在高真空中用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称蒸发镀膜（简称蒸镀）。蒸发镀膜过程是由镀材物质蒸发、蒸发材料粒子的迁移和蒸发材料粒子在基板表面沉积三个过程组成。蒸发镀膜是物理气相沉积的一种，与溅射镀膜和离子镀膜相比有如下优缺点：设备简单可靠、工艺容易掌握、可进行大规模生产，镀膜的形成机理比较简单，多数物质均可采用真空蒸发镀膜；但镀层

7、与基片的结合力差，高熔点物质和低蒸气压物质的镀膜很难制作，如铂、铝等金属，蒸发物质所用坩埚材料也会蒸发，混入镀膜之中成为杂质。二、蒸发方法蒸发源：加热待蒸发材料并使之挥发的器具称为蒸发源，也称加热器。蒸镀方法主要有下列几种：1.电阻加热法：让大电流通过蒸发源，加热待镀材料，使其蒸发的简单易行的方法。对蒸发源材料的基本要求是：高熔点，低蒸气压，在蒸发温度下不会与膜料发生化学反应或互溶，具有一定的机械强度，且高温冷却后脆性小等性质。常用钨、钼、钽等高熔点金属材料。按照蒸发材料的不同，可制成丝状、带状和板状等。电阻加热蒸发源2.

8、电子束加热：即用高能电子束直接轰击蒸发物质的表面，使其蒸发。由于是直接在蒸发物质中加热，避免了蒸发物质与容器的反应和蒸发源材料的蒸发，故可制备高纯度的膜层。一般用于电子原件和半导体用的铝和铝合金，此外，用电子束加热也可以使高熔点金属（如W，Mo，Ta等）熔化、蒸发。高频感应加热蒸发源3.高频感应加热：在