技能培训 材料表面工程学 气相沉积技术.ppt

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1、1.气相沉积技术的分类气相沉积技术是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。气相沉积技术一般可分为两大类：物理气相沉积（PVD)和化学气相沉积（CVD）。薄膜生长模式：1）岛状生长；2）层状生长；3）层状加岛状生长1.物理气相沉积(PVD):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。主要包括真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜等。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

2、饰、润滑、压电和超导等各种镀层。随着PVD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。2.化学气相沉积(CVD):把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物、单质气体供给基体，借助气相作用或在基体表面上的化学反应在基体上制得金属或化合物薄膜的方法。主要包括常压化学气相沉积、低压化学气相沉积和兼有CVD和PVD两者特点的等离子化学气相沉积等。此外，还有有机金属化学气相沉积以及激光（电子束）化学气相沉积。2.化学气相沉积(CVD):目前，CVD法在电子、宇航、光学、能源等工业中广泛用于制备化合物单晶，同质和异质

3、外延单晶层，制备耐磨、耐热、耐蚀和抗辐射的多晶保护层。此外，CVD是大规模集成电路制作的核心工艺，已广泛用于制备半导体外延层、PN结、扩散源、介质隔离、扩散掩蔽膜等。7.2真空技术基础真空:“低于一个标准大气压里的气体状态”。相对于大气状态，在真空状态下气体的新特点：1：气体分子数目的减少，即气体单位体积中所具有的分子数目的减少；2：伴随着气体分子数目的减少，分子之间、分子与器壁之间相互碰撞的次数逐渐减少；3：气体分子热运动自由路程的增大。7.2真空技术基础第七章气相沉积技术一、真空度和真空区域的划分真空高低的程度是用真空度这个物理量来衡量的。所谓真空度，即是指低压空间中气态

4、物质的稀薄程度。气体的压力越低，其稀薄程度越大，真空度越高。7.2真空技术基础第七章气相沉积技术一、真空度和真空区域的划分压强的单位主要采用Pa和Torr，还有标准大气压、bar、kgf/cm2。几种常见单位之间的换算关系如下：1Torr=133.3Pa1Pa=7.5×10-3Torr1Torr=1mmHg柱1Torr=1/760大气压7.2真空技术基础第七章气相沉积技术一、真空度和真空区域的划分通常将真空区域划分为：低真空、中真空、高真空和超高真空。各真空区域所对应的真空值分别为：　低真空：105～102Pa中真空：102～10-1Pa高真空：10-1～10-5Pa超高真

5、空：≤10-5Pa7.2真空技术基础第七章气相沉积技术二、真空的特点和应用1.表面保护作用在真空下，金属的氧化反应很少进行或完全不能进行。因此，能够防止钢件表面的氧化和脱碳，具有表面保护作用。2.表面净化作用在真空状态下，氧化物的分解所产生气体的压力（称为分解压力）大于真空炉内氧的压力，反应只能向氧化物分解的方向进行，因此当钢件表面有氧化物时，就可使其中的氧排除掉，使表面得到净化；7.2真空技术基础第七章气相沉积技术二、真空的特点和应用2.表面净化作用真空热处理时，钢件表面油污中的碳、氧、氢的化合物易分解为氢、水蒸气和二氧化碳气体，随后被抽走；在真空下长时间加热时，零件在前几

6、道工序（熔炼、铸造、热处理等）中所吸收的氢、氧等气体会慢慢地释放出来，从而降低钢件的脆性。7.2真空技术基础第七章气相沉积技术二、真空的特点和应用3.减少气体分子之间的碰撞次数。4.真空的绝热性好。5.可降低物质的沸点或气化点。7.2真空技术基础第七章气相沉积技术四、真空的获得通过真空泵实现。真空泵从高/超真空到粗/低真空，其产品大致可分14大类：高/超真空——低温泵、分子泵、溅射离子泵、钛升华泵、扩散泵。中真空——干泵、双级旋片泵、罗茨泵、油增压泵、水蒸气喷射泵。粗/低真空——单级旋片泵、滑阀泵、液环泵、往复式真空泵。7.2真空技术基础第七章气相沉积技术机械泵:7.2真空

7、技术基础第七章气相沉积技术扩散泵7.2真空技术基础第七章气相沉积技术六、真空的测量:U型真空计热偶真空计（热偶规）7.2真空技术基础第七章气相沉积技术3)电离真空计（电离规）:5.1.1真空蒸发镀膜真空蒸镀定义：真空蒸发是制备薄膜的一种常用工艺，在工业上应用较多。具体过程是：通常在真空度为10-4-10-5Torr的真空室内进行，采用电阻式加热、电子束加热、电弧加热及激光加热等加热方法，使金属或者合金等材料蒸发和升华，由固态变为气态（原子、分子或原子团）；蒸发的气态粒子通过基本上没有碰撞的直线方式从蒸发