物理气相沉积与化学气相沉积

1、 姓 名: 陈 金 学 班 级: 科学08-1班学 号: 14085485任课老师: 强 颖 怀 材料科学与工程学院化学气相沉积CVD CVD的原理 CVD的分类 CVD的应用物理气相沉积PVD PVD的原理 PVD的分类 PVD的应用7.3 CVD与PVD比较CVD技术的原理CVD技术的应用CVD技术的分类一、概述一、概述 化学气相沉积化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称简称CVD) 乃是通过化学反响的方式，利用加热、等离子鼓励或乃是通过化学反响的方式，利用加热、等离子鼓励或光辐射等各种能源，在反响器内使气态或蒸汽状态光辐射等各种能源，在反响器内使气态或蒸汽

2、状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反响形成固的化学物质在气相或气固界面上经化学反响形成固态沉积物的技术。态沉积物的技术。与之相对的是物理气相沉积与之相对的是物理气相沉积PVD。一、概述一、概述 CVD反响的进行，涉及到能量、动量、及质量的传反响的进行，涉及到能量、动量、及质量的传递。反响气体是借着扩散效应，来通过主气流与基片递。反响气体是借着扩散效应，来通过主气流与基片之间的边界层，以便将反响气体传递到基片的外表。之间的边界层，以便将反响气体传递到基片的外表。接着因能量传递而受热的基片，将提供反响气体足够接着因能量传递而受热的基片，将提供反响气体足够的能量以进行化学反响，并生成固态的沉积物

3、以及其的能量以进行化学反响，并生成固态的沉积物以及其他气态的副产物。前者便成为沉积薄膜的一局部；后他气态的副产物。前者便成为沉积薄膜的一局部；后者将同样利用扩散效应来通过边界层并进入主气流里。者将同样利用扩散效应来通过边界层并进入主气流里。至于主气流的基片上方的分布，那么主要是与气体的至于主气流的基片上方的分布，那么主要是与气体的动量传递相关。动量传递相关。 一、概述一、概述 CVD是一种材料外表改性技术。它利用气相间的反是一种材料外表改性技术。它利用气相间的反响，在不改变基体材料的成分和不削弱的基体材料响，在不改变基体材料的成分和不削弱的基体材料的强度条件下，赋予材料外表一些特殊的性能。的强

4、度条件下，赋予材料外表一些特殊的性能。 CVD是建立在化学反响根底上的，要制备特定性能是建立在化学反响根底上的，要制备特定性能材料首先要选定一个合理的沉积反响。用于材料首先要选定一个合理的沉积反响。用于CVD技技术的通常有如下所述五种反响类型。术的通常有如下所述五种反响类型。热分解反响氧化复原反响化学合成反响化学输运反响等离子增强反响0475 C3 224Cd(CH) +HSCdS+2CH 0325475 C4222SiH +2OSiO +2HO 0750 C43423SiH +4NHSiN +12H 001400 C263000 CW (s)+3I (g)W I (g) 0350 C42Si

5、Ha-Si(H)+2H 其他能源增强增强反响6W(CO)W+6CO 激光束 CVD CVD设备的心脏，在于其用以进行反响沉积的设备的心脏，在于其用以进行反响沉积的“反响器反响器。CVDCVD反响器的种类，依其不同的反响器的种类，依其不同的应用与设计难以尽数。应用与设计难以尽数。 以以CVDCVD的操作压力来区分。的操作压力来区分。CVDCVD根本上可以分为根本上可以分为常压与低压两种。常压与低压两种。 假设以反响器的结构来分类，那么可以分为水假设以反响器的结构来分类，那么可以分为水平式、直立式、直桶式、管状式烘盘式及连续平式、直立式、直桶式、管状式烘盘式及连续式等。式等。 假设以反响器器壁的温

6、度控制来评断，也可以分为热壁假设以反响器器壁的温度控制来评断，也可以分为热壁式式hot wallhot wall与冷壁式与冷壁式cold wallcold wall两种。两种。 假设考虑假设考虑CVDCVD的能量来源及所使用的反响气体种类，我的能量来源及所使用的反响气体种类，我们也可以将们也可以将CVDCVD反响器进一步划分为反响器进一步划分为 等离子增强等离子增强 CVD(plasma enhanced CVD CVD(plasma enhanced CVD，或，或PECVD)PECVD)， TEOS-CVD TEOS-CVD， 有机金属有机金属CVD(metal-organic CVDCV

7、D(metal-organic CVD，MOCVD)MOCVD)等。等。低压低压CVD（LPCVD） 2金属有机源（金属有机源（MOCVD） 4应用常压应用常压CVD（APCVD） 1低真空低真空CVD（PECVD） 3激光激光CVD（LCVD） 5 所谓的所谓的APCVDAPCVD，顾名思义，就是在压力接近常压下，顾名思义，就是在压力接近常压下进行进行CVDCVD反响的一种沉积方式。由于半导体器件制反响的一种沉积方式。由于半导体器件制造时纯度要求高，所有反响器都是用纯石英作为反造时纯度要求高，所有反响器都是用纯石英作为反响器的容器，用高纯石墨作为基底，易于射频感应响器的容器，用高纯石墨作为基

8、底，易于射频感应加热或红外线加热。这些装置最主要用于加热或红外线加热。这些装置最主要用于SiCl4SiCl4氢氢复原在单晶硅片衬底上生长几微米厚的外延层。所复原在单晶硅片衬底上生长几微米厚的外延层。所谓外延层就是指与衬底单晶的晶格相同排列方式增谓外延层就是指与衬底单晶的晶格相同排列方式增加了假设干晶体排列层加了假设干晶体排列层. . 也可以用晶格常数相近的其他也可以用晶格常数相近的其他衬底材料来生长硅外延层。这衬底材料来生长硅外延层。这样 的 外 延 称 为 异 质 外 延 。样 的 外 延 称 为 异 质 外 延 。 A P C V DA P C V D 的 操 作 压 力 接 近的 操 作

9、 压 力 接 近1atm(101325Pa)1atm(101325Pa)，按照气体分，按照气体分子的平均自由径来推断，此时子的平均自由径来推断，此时的气体分子间碰撞频率很高，的气体分子间碰撞频率很高，是属于均匀成核的是属于均匀成核的“气相反响气相反响很容易发生，而产生微粒。很容易发生，而产生微粒。 低压低压CVDCVD的设计就是将反响气体在反响器内进行沉积反的设计就是将反响气体在反响器内进行沉积反响时的操作能力，降低到大约响时的操作能力，降低到大约100Torr(1Torr=133.332Pa)100Torr(1Torr=133.332Pa)一下的一种一下的一种CVDCVD反响。利用反响。利用

10、在低压下进行反响的特点，以在低压下进行反响的特点，以LPCVDLPCVD法来沉积的薄膜，法来沉积的薄膜，将具备较佳的阶梯覆盖能力。且因为气体分子间的碰将具备较佳的阶梯覆盖能力。且因为气体分子间的碰撞频率下降，使气相沉积反响在撞频率下降，使气相沉积反响在LPCVDLPCVD中变得比较不显中变得比较不显著尤其是当反响进行时，是在外表反响限制的温度著尤其是当反响进行时，是在外表反响限制的温度范围内。但是也因为气体分子间的碰撞频率较低，范围内。但是也因为气体分子间的碰撞频率较低，使得使得LPCVDLPCVD法的薄膜沉积速率比较慢一些法的薄膜沉积速率比较慢一些 。LPCVDLPCVD反响器本身是以退火后

11、的石英所构成，环绕石英制炉管反响器本身是以退火后的石英所构成，环绕石英制炉管外围的是一组用来对炉管进行加热的装置，因为分为三个局外围的是一组用来对炉管进行加热的装置，因为分为三个局部，所以称为部，所以称为“三区加热器三区加热器。气体通常从炉管的前端，与。气体通常从炉管的前端，与距离炉门不远处，送入炉管内当然也有其他不同的设计方距离炉门不远处，送入炉管内当然也有其他不同的设计方法。被沉积的基片，那么置于同样以适应所制成的晶舟上，法。被沉积的基片，那么置于同样以适应所制成的晶舟上，并随着晶舟，放入炉管的适当位置，以便进行沉积。并随着晶舟，放入炉管的适当位置，以便进行沉积。 在低真空的条件下，利用硅

12、烷气体、氮气或氨气和在低真空的条件下，利用硅烷气体、氮气或氨气和氧化亚氮，通过射频电场而产生辉光放电形成等离子氧化亚氮，通过射频电场而产生辉光放电形成等离子体，以增强化学反响，从而降消沉积温度，可在常温体，以增强化学反响，从而降消沉积温度，可在常温至至350350条件下，沉积氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅条件下，沉积氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅及非晶硅膜等。在辉光放电的低温等离子体内，及非晶硅膜等。在辉光放电的低温等离子体内，“电电子气子气的温度约比普通气体分子的平均温度高的温度约比普通气体分子的平均温度高1010100100倍，即当反响气体接近环境温度时，电子的能量足以倍，即当反响气体接近环境

13、温度时，电子的能量足以使气体分子键断裂并导致化学活性粒子活化分子、使气体分子键断裂并导致化学活性粒子活化分子、离子、原子等基团的产生。离子、原子等基团的产生。 使本来需要在高温下进行的化学反响由于反响气体的电使本来需要在高温下进行的化学反响由于反响气体的电激活而在相当低的温度下即可进行，也就是反响气体激活而在相当低的温度下即可进行，也就是反响气体的化学键在低温下就可以被翻开。所产生的活化分子、的化学键在低温下就可以被翻开。所产生的活化分子、原子集团之间的相互反响最终沉积生成薄膜。把这种原子集团之间的相互反响最终沉积生成薄膜。把这种过程称之为等离子增强的化学气相沉积过程称之为等离子增强的化学气相

14、沉积PCVDPCVD或或PECVDPECVD，称为等离子体化学气相沉积。称为等离子体化学气相沉积。 在在MOCVDMOCVD过程中，金属有机源过程中，金属有机源MOMO源可以在热解或光源可以在热解或光解作用下，在较低温度沉积出相应的各种无机材料，解作用下，在较低温度沉积出相应的各种无机材料，如金属、氧化物、氮化物、氟化物、碳化物和化合物如金属、氧化物、氮化物、氟化物、碳化物和化合物半导体材料等的薄膜。如今，利用半导体材料等的薄膜。如今，利用MOCVDMOCVD技术不但可以技术不但可以改变材料的外表性能，而且可以直接构成复杂的外表改变材料的外表性能，而且可以直接构成复杂的外表结构，创造出新的功能

15、材料。结构，创造出新的功能材料。 激光化学沉积就是用激光激光化学沉积就是用激光CO2或准分子诱导促或准分子诱导促进化学气相沉积。激光化学气相沉积的过程是激光进化学气相沉积。激光化学气相沉积的过程是激光分子与反响气分子或衬材外表分子相互作用的工程。分子与反响气分子或衬材外表分子相互作用的工程。按激光作用的机制可分为激光热解沉积和激光光解按激光作用的机制可分为激光热解沉积和激光光解沉积两种。激光热解沉积用波长长的激光进行，如沉积两种。激光热解沉积用波长长的激光进行，如CO2激光、激光、YAG激光、激光、Ar+激光等，一般激光器能激光等，一般激光器能量较高、激光光解沉积要求光子有大的能量，用短量较高

16、、激光光解沉积要求光子有大的能量，用短波长激光，如紫外、超紫外激光进行，如准分子波长激光，如紫外、超紫外激光进行，如准分子XeCl、ArF等激光器。等激光器。 v 1)在中温或高温下，通过气态的在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反响而形初始化合物之间的气相化学反响而形成固体物质沉积在基体上。成固体物质沉积在基体上。 v2)可以在常压或者真空条件下可以在常压或者真空条件下(负负压压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好较好)。 v3)采用等离子和激光辅助技术可采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反响，使沉积可在以显著地促进化学反响，使沉积可在较低

17、的温度下进行。较低的温度下进行。v4)涂层的化学成分可以随气相组成涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化，从而获得梯度沉积物或者的改变而变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。得到混合镀层。 v5)可以控制涂层的密度和涂层纯度。可以控制涂层的密度和涂层纯度。 v6)绕镀件好。可在复杂形状的基体绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆各种复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好，所杂形状的工件。由于它的绕镀性能好，所以可涂覆带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的以可涂覆带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的工件。工件。 v7)沉积层通常具有柱状晶体结构，沉积层通常

18、具有柱状晶体结构，不耐弯曲，但可通过各种技术对化学不耐弯曲，但可通过各种技术对化学反响进行气相扰动，以改善其结构。反响进行气相扰动，以改善其结构。 v8)可以通过各种反响形成多种金可以通过各种反响形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层。属、合金、陶瓷和化合物涂层。v现代科学和技术需要使用大量功能各异现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，这些功能材料必须是高的无机新材料，这些功能材料必须是高纯的，或者是在高纯材料中有意地掺人纯的，或者是在高纯材料中有意地掺人某种杂质形成的掺杂材料。但是，我们某种杂质形成的掺杂材料。但是，我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、过去所熟悉的许多制备方法如高

19、温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求，也难以保证得到高纯度的产品。些要求，也难以保证得到高纯度的产品。因此，无机新材料的合成就成为现代材因此，无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。料科学中的主要课题。 v化学气相淀积是近几十年开展起来的制备化学气相淀积是近几十年开展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态天机薄膜材料。这种单晶、多晶或玻璃态天机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、些材料可以是氧化

20、物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。目前，化学气相淀积淀积过程精确控制。目前，化学气相淀积已成为无机合成化学的一个新领域。已成为无机合成化学的一个新领域。 PVD技术的原理PVD与CVD的比较PVD技术的分类一、概述一、概述物理气相沉积技术早在物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最世纪初已有些应用，但在最近近30年迅速开展，成为一门极具广阔应用前景的新年迅速开展，成为一门极具广阔应用

21、前景的新技术。，并向着环保型、清洁型趋势开展。技术。，并向着环保型、清洁型趋势开展。20世纪世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的外表处理方面到达越来越为广泛的应用。外观件的外表处理方面到达越来越为广泛的应用。 一、概述一、概述物理气相沉积物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源料源固体或液体外表气化成气态原子、分子或局固体或液体外表气化成气态原子、分子或局部电离成离子，并通过低压气体部电离成离子，并通过低压气体(或

22、等离子体或等离子体)过程，过程，在基体外表沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。在基体外表沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。开展电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。开展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 一、概述一、概述真空蒸镀根本原理是在真空条件下，使金属、金属合金真空蒸镀根本原理是在真空条件下，使金属、

23、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体外表上，蒸发的方法或化合物蒸发，然后沉积在基体外表上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体外表，历史上，真空蒸镀是外表，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。法中使用最早的技术。 一、概述一、概述溅射镀膜根本原理是充氩溅射镀膜根本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的

24、作用下，加速轰击以镀料，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件外制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件外表。如果采用直流辉光放电，称直流表。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放辉光放电引起的称磁控溅射。电引起的称磁控溅射。一、概述一、概述电弧等离子体镀膜根本原理是在真空条件下，用引弧针电弧等离子体镀膜根本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁引弧，使真空金壁(阳极阳极)和镀材和镀材(阴极阴极)之间进行弧光之间进行弧光放电，阴极外表快速移动着

25、多个阴极弧斑，不断迅速放电，阴极外表快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至蒸发甚至“异华镀料，使之电离成以镀料为主要成分异华镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。 溅射镀膜 2离子镀 4真空蒸镀 1电弧蒸发和电弧等离子体镀膜 3(一一)真空蒸镀原理真空蒸镀原理 (1) 真空蒸镀是在真空条件下，将镀料加热并蒸发，真空蒸镀是在真空条件下，将镀料加热并蒸发，使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离

26、开固体镀料外表镀料外表(升华升华)。 (2)气态的原子、分子在真空中经过很少的碰撞迁气态的原子、分子在真空中经过很少的碰撞迁移到基体。移到基体。 (3)镀料原子、分子沉积在基体外表形成薄膜。镀料原子、分子沉积在基体外表形成薄膜。v(二二)蒸发源蒸发源 将镀料加热到蒸发温度并使之气化，这种加热装将镀料加热到蒸发温度并使之气化，这种加热装置称为蒸发源。最常用的蒸发源是电阻蒸发源和电子置称为蒸发源。最常用的蒸发源是电阻蒸发源和电子束蒸发源，特殊用途的蒸发源有高频感应加热、电弧束蒸发源，特殊用途的蒸发源有高频感应加热、电弧加热、辐射加热、激光加热蒸发源等。加热、辐射加热、激光加热蒸发源等。 v(三三)

27、真空蒸镀工艺实例真空蒸镀工艺实例 以塑料金属化为例以塑料金属化为例,真空蒸镀工艺包括：镀前处理、真空蒸镀工艺包括：镀前处理、镀膜及后处理。镀膜及后处理。 v真空蒸镀的根本工艺过程如下：真空蒸镀的根本工艺过程如下： v(1)镀前处理，包括清洗镀件和预处理。具体清镀前处理，包括清洗镀件和预处理。具体清洗方法有清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和洗方法有清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离子轰击清洗等。具体预处理有除静电，涂底漆等。离子轰击清洗等。具体预处理有除静电，涂底漆等。 v(2)装炉，包括真空室清理及镀件挂具的清洗，装炉，包括真空室清理及镀件挂具的清洗，蒸发源安装、调试、镀件褂卡。蒸发

28、源安装、调试、镀件褂卡。 v(3)抽真空，一般先粗抽至抽真空，一般先粗抽至66Pa以上，更早以上，更早翻开扩散泵的前级维持真空泵，加热扩散泵，待预热翻开扩散泵的前级维持真空泵，加热扩散泵，待预热足够后，翻开高阀，用扩散泵抽至足够后，翻开高阀，用扩散泵抽至610-3Pa半底真半底真空度。空度。 v真空蒸镀的根本工艺过程如下：真空蒸镀的根本工艺过程如下： v (4)烘烤，将镀件烘烤加热到所需温度。烘烤，将镀件烘烤加热到所需温度。 v(5)离子轰击，真空度一般在离子轰击，真空度一般在10Pa10-1Pa，离子轰击电压离子轰击电压200V1kV负高压，离击时间为负高压，离击时间为5min30min,

29、v(6)预熔，调整电流使镀料预熔，调整电流使镀预熔，调整电流使镀料预熔，调整电流使镀料预熔，除气料预熔，除气1min2min。 v(7)蒸发沉积，根据要求调整蒸发电流，直到所蒸发沉积，根据要求调整蒸发电流，直到所需沉积时间结束。需沉积时间结束。 v真空蒸镀的根本工艺过程如下：真空蒸镀的根本工艺过程如下： v(8)冷却，镀件在真空室内冷却到一定温度。冷却，镀件在真空室内冷却到一定温度。 v(9)出炉，取件后，关闭真空室，抽真空至出炉，取件后，关闭真空室，抽真空至l l0-1Pa，扩散泵冷却到允许温度，才可关闭维持泵，扩散泵冷却到允许温度，才可关闭维持泵和冷却水。和冷却水。 v(10)后处理，涂面

30、漆。后处理，涂面漆。 溅射镀膜是指在真空条件下，利用获得功能的粒子轰溅射镀膜是指在真空条件下，利用获得功能的粒子轰击靶材料外表，使靶材外表原子获得足够的能量而逃击靶材料外表，使靶材外表原子获得足够的能量而逃逸的过程称为溅射。被溅射的靶材沉积到基材外表，逸的过程称为溅射。被溅射的靶材沉积到基材外表，就称作溅射镀膜。就称作溅射镀膜。 溅射镀膜中的入射离子，一般采用溅射镀膜中的入射离子，一般采用辉光放电获得，在辉光放电获得，在l0-2Pa10Pa范围，所以溅射出范围，所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中，易和真空室中的气体分来的粒子在飞向基体过程中，易和真空室中的气体分子发生碰撞，使运动方向随机，沉积

31、的膜易于均匀。子发生碰撞，使运动方向随机，沉积的膜易于均匀。近年开展起来的规模性磁控溅射镀膜，沉积速率较高，近年开展起来的规模性磁控溅射镀膜，沉积速率较高，工艺重复性好，便于自动化，已适当于进行大型建筑工艺重复性好，便于自动化，已适当于进行大型建筑装饰镀膜，及工业材料的功能性镀膜，及装饰镀膜，及工业材料的功能性镀膜，及TGN-JR型型用多弧或磁控溅射在卷材的泡沫塑料及纤维织物外表用多弧或磁控溅射在卷材的泡沫塑料及纤维织物外表镀镍镀镍Ni及银及银Ag。 这里指的是这里指的是PVD领域通常采用的冷阴极电弧蒸发，以领域通常采用的冷阴极电弧蒸发，以固体镀料作为阴极，采用水冷、使冷阴极外表形成许固体镀料

32、作为阴极，采用水冷、使冷阴极外表形成许多亮斑，即阴极弧斑。弧斑就是电弧在阴极附近的弧多亮斑，即阴极弧斑。弧斑就是电弧在阴极附近的弧根。在极小空间的电流密度极高，弧斑尺寸极小，估根。在极小空间的电流密度极高，弧斑尺寸极小，估计约为计约为1m100m，电流密度高达，电流密度高达l05Acm2107Acm2。每个弧斑存在极短时间，爆。每个弧斑存在极短时间，爆发性地蒸发离化阴极改正点处的镀料，蒸发离化后的发性地蒸发离化阴极改正点处的镀料，蒸发离化后的金属离子，在阴极外表也会产生新的弧斑，许多弧斑金属离子，在阴极外表也会产生新的弧斑，许多弧斑不断产生和消失，所以又称多弧蒸发。不断产生和消失，所以又称多弧

33、蒸发。 最早设计的等离子体加速器型多弧蒸发离化源，是在最早设计的等离子体加速器型多弧蒸发离化源，是在阴极背后配置磁场，使蒸发后的离子获得霍尔阴极背后配置磁场，使蒸发后的离子获得霍尔(hall)加速效应，有利于离子增大能量轰击量体，采用这种加速效应，有利于离子增大能量轰击量体，采用这种电弧蒸发离化源镀膜，离化率较高，所以又称为电弧电弧蒸发离化源镀膜，离化率较高，所以又称为电弧等离子体镀膜。等离子体镀膜。 由于镀料的蒸发离化靠电弧，所以属由于镀料的蒸发离化靠电弧，所以属于区别于的蒸发手段。于区别于的蒸发手段。 离子镀技术最早在离子镀技术最早在1963年由年由DMMattox提出，提出，1972年，

34、年，Bunshah &Juntz推出活性反响蒸发离推出活性反响蒸发离子镀子镀(AREIP)，沉积，沉积TiN,TiC等超硬膜，等超硬膜，1972年年Moley&Smith开展完善了空心热阴极离子镀，开展完善了空心热阴极离子镀，l973年又开展出射频离子镀年又开展出射频离子镀(RFIP)。20世纪世纪80年年代，又开展出磁控溅射离子镀代，又开展出磁控溅射离子镀(MSIP)和多弧离子镀和多弧离子镀(MAIP)。v (一一) 离子镀离子镀 v离子镀的根本特点是采用某种方法离子镀的根本特点是采用某种方法(如电子束蒸如电子束蒸发磁控溅射，或多弧蒸发离化等发磁控溅射，或多弧蒸发离化等)使中性粒子电离成使中

35、性粒子电离成离子和电子，在基体上必须施加负偏压，从而使离子离子和电子，在基体上必须施加负偏压，从而使离子对基体产生轰击，适当降低负偏压后，使离子进而沉对基体产生轰击，适当降低负偏压后，使离子进而沉积于基体成膜。积于基体成膜。 离子镀的优点如下：膜层和基体结离子镀的优点如下：膜层和基体结合力强。膜层均匀，致密。在负偏压作用下绕镀合力强。膜层均匀，致密。在负偏压作用下绕镀性好。无污染。多种基体材料均适合于离子镀。性好。无污染。多种基体材料均适合于离子镀。 v(二二)反响性离子镀反响性离子镀 v如果采用电子束蒸发源蒸发，在坩埚上方加如果采用电子束蒸发源蒸发，在坩埚上方加20V100V的正偏压。在真空

36、室中导人反响性气体。的正偏压。在真空室中导人反响性气体。如如N2、02、C2H2、CH4等代替等代替Ar，或混入，或混入Ar，电子束中的高能电子电子束中的高能电子(几千至几万电子伏特几千至几万电子伏特)，不仅使，不仅使镀料熔化蒸发，而且能在熔化的镀料外表鼓励出二次镀料熔化蒸发，而且能在熔化的镀料外表鼓励出二次电子，这些二次电子在上方正偏压作用下加速，与镀电子，这些二次电子在上方正偏压作用下加速，与镀料蒸发中性粒子发生碰撞而电离成离子，在工件外表料蒸发中性粒子发生碰撞而电离成离子，在工件外表发生离化反响，从而获得氧化物发生离化反响，从而获得氧化物(如如Te02：Si02、Al203、Zn0、Sn02、Cr203、Zr02、In02等等)。其特点是沉积率高，工艺温度低。其特点是沉积率高，工艺温度低。 v(三三)多弧离子镀多弧离子镀 v 多弧离子镀又称作电弧离子镀，由于在阴极上有多多弧离子镀又称作电弧离子镀，由于在阴极上有多个弧斑持续呈现，故称作个弧斑持续呈现，故称作“多弧。多弧离子镀的主要多弧。多弧离子镀的主要特点如下：特点如下： (1)阴极电弧蒸发离化源可从固体阴极直阴极电弧蒸发离化源可从固体阴极直接产生等离子体，而不产生熔池，所以可以任意方位接产生等离子体，而不产生熔池，所以可以任意方位