[精选]材料表面工程-第四讲.pptx

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1、材料表面工程主讲教师：吕祥鸿西安石油大学材料科学与工程学院1一、气相沉积技术二、高能束表面处理目录一、气相沉积技术1.气相沉积技术原理、分类2.物理气相沉积原理、装置及工艺3.化学气相沉积原理、装置及工艺31.气相沉积技术原理、分类定义-在基体上形成功能膜层的技术，也称作干镀。分类-膜层形成机理可分为4(1)物理气相沉积(2)化学气相沉积真空蒸镀溅射镀膜离子镀膜一、气相沉积技术2.物理气相沉积原理、装置及工艺(1)真空蒸镀定义-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。步骤-清洁基

2、材表面→蒸发源加热镀膜材料→材料蒸发或升华成蒸气→蒸气在基材表面凝聚成膜。5一、气相沉积技术原理-在高真空中，镀料气化（升华）。基体设在蒸气流上方，且温度相对较低，则蒸气在基体上形成凝固膜。6一、气相沉积技术设备7真空蒸镀设备简图高真空阀出水扩散泵冷阱增压泵ZF-85针阀工件钟罩工件夹和加热器低真空阀放气阀充气阀蒸发源与加热器机械泵进水一、气相沉积技术8方法电阻加热法温度<1500℃，Al、Au、Ag。钨丝、钨舟、钼舟电阻加热蒸发源一、气相沉积技术9高频感应加热法一、气相沉积技术10激光蒸镀法一、气相沉积技术11

3、真空蒸镀膜影响因素真空度基材表面状态：清洁度、温度、晶体结构蒸发温度蒸发和凝结速率基材表面与蒸发源的空间关系一、气相沉积技术真空蒸镀膜性质大多数呈晶态，尺寸10~100nm；膜层与基体的结合主要为机械结合；形貌取决于膜层材料的特性、基体材料及操作时基体的温度；常用的蒸镀材料有:铬、铜、金、铝、氧化硅、锡、锑、三硫化锑等。12真空蒸镀膜应用反射器(镜)蒸发镀铝；电视设备、电子计算机用的电子元件。一、气相沉积技术(2)溅射镀膜定义-在真空室中，用荷能粒子轰击靶材，使其原子获得能量而溅出进入气相，并在工件表面沉积成膜。

4、荷能粒子一般为离子。步骤-靶面原子溅射→溅射原子向基片迁移→沉积成膜。13一、气相沉积技术常用方法二极溅射14由真空室+抽真空系统+电气系统+供气部分组成钟罩氩气阴极(靶)阳极(基板)＋—高压电源加热电源基片阴极屏障加热器一、气相沉积技术射频溅射射频：指频率低于6×1012的电振荡频率15射频电源氩气靶材射频电极匹配电路工件架工件电磁线圈电磁线圈真空罩一、气相沉积技术磁控溅射16一、气相沉积技术靶SSN屏蔽基片工件架辉光区磁铁三极溅射17钟罩靶子挡板磁场线圈基片阳极灯丝抽气系统进气阀等离子区一、气相沉积技术溅射镀

5、膜应用机械功能膜：耐摩、减摩、耐热、抗蚀等强化膜，固体润滑薄膜；物理功能膜：电气、磁学、光学等；装饰膜。18一、气相沉积技术(3)离子镀膜定义-在真空条件下，由惰性气体辉光放电使气体或被蒸发物质部分离子化，离子经电场加速后对带负电荷的基体轰击，同时将蒸发物或反应物沉积成膜。镀料蒸发方式-电阻加热、电子束加热、等离子束加热、高频感应加热等。离化方式-辉光放电型、电子束型、热电子型、等离子电子束型等。19一、气相沉积技术原理工件为阴极，阳极兼作蒸发源。抽真空10-3~10-4Pa，充氩气至10-2~1Pa，加几百至几

6、千伏直流电压，氩离子轰击清洗基片，接通交流电，膜料蒸发且电离或激发，正离子轰击基片，中性粒子沉积成膜。20一、气相沉积技术阴极＋—交流电源至真空系统基片~蒸发源直流高压氩气钟罩阳极等离子区阴极暗区常用离子镀膜方法空心阴极离子镀21一、气相沉积技术水冷铜坩埚钟罩工件高压电源蒸发源氩气HCD阴极至真空系统阳极辅助阳极多弧离子镀22一、气相沉积技术至真空泵弧靶70V,100A工件架阳极工作室工件引弧电极磁控溅射离子镀23一、气相沉积技术至真空泵永久磁铁基板(工件)工作室磁控电源NSN氩气离子镀电源磁控阳极磁控靶膜层活性

7、反应离子镀24一、气相沉积技术至真空泵基板电子枪真空室反应气体真空机组反应气导入环电源探测电极压差板＋—物料离子镀膜应用表面强化镀层：耐磨镀层、耐蚀镀层、润滑镀层；装饰镀层；特殊功能镀层。25一、气相沉积技术3.化学气相沉积原理、装置及工艺定义-通过热化学反应产生的气相在工件表面沉积成膜的方法。设备-26一、气相沉积技术甲烷工件氢气瓶TiCl4高频源感应加热炉干燥剂催化剂反应室工件出口出气口混合室流量计常由石英管制成；器壁为热态油槽特点可以制备多种单质/化合物/氮化物或不同组分的薄膜；可以在较宽的范围内获得具有可

8、控成分的覆层；薄膜的沉积温度可以低于其本身的熔点。27一、气相沉积技术缺点需要较高T，基材T高，沉积速率低/难以实现局部沉积；参加反应的气源和反应后的的余气都具有一定毒性。分类28一、气相沉积技术按沉积T高温CVD按实施方法中温CVD低温CVD普通CVDMOCVD如：平面硅和MOS集成电路的钝化膜等离子增强CVD光化学反应CVD金属有机物CVD如：在刀具上沉积TiC/Ti