真空镀膜概述

真空镀膜课程作业汇报人：许永生概述

该技术初现于20世纪30年代，四五十年代开始出现工业应用，工业化大规模生产开始于20世纪80年代，在航空航天工业、冶金、计算技术、激光技术、光学仪器、电子工程以及装饰业上获得了各种应用。

广义的真空镀膜还包括在金属或非金属材料表面真空蒸镀聚合物等非金属功能性薄膜。

在真空环境下，利用蒸镀或溅射和随后凝结的办法，在金属、玻璃、陶瓷、半导体和塑料件上镀上所需的金属膜或覆盖层。CONTENTS

目录PART

ONE蒸发镀膜01PART

ONE溅射镀膜02PART

ONE离子镀膜03PART

ONE化学气相沉积镀膜04PVDCVD1Part蒸发镀膜原理在真空条件下，用蒸发器加热待蒸发物质使之汽化或升华，蒸发粒子流直接射向基片并在基片上沉积析出形成固态薄膜的技术。蒸发镀膜设备原理图高真空蒸镀仪Part1真空蒸镀放置基片或给基片加热装置真空室为蒸发过程提供必要的真空环境Part1真空蒸镀蒸发原材料由凝聚相变为气相在蒸发源与基片之间蒸发离子的输运蒸发离子到达基片后的凝结、成核、长大、成膜沉积过程蒸发源或蒸发加热装置放置蒸发材料并对其加热真空蒸发系统Part1真空蒸镀1857年M.法拉第以难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状,通电加热其上方或置于坩埚的蒸发物质,如Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料电阻加热源用高频感应电流加热坩埚和待蒸发物质高频感应加热源用于蒸发温度较高(不低于2000℃）的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发电子束加热源蒸发源电子束蒸发源蒸镀法电阻蒸发源蒸镀法高频感应蒸发源蒸镀法激光蒸发源蒸镀法激光束作为热源加热蒸镀，光源可为C02激光、钕玻璃激光、红宝石激光、准分子激光等激光束加热源蒸发镀膜应用1真空镀铝或镀锡2真空镀镉3真空镀镍或不锈钢

4真空镀锆56生产铍、钛或铝金属膜在钎焊件上真空镀金属层Part1真空蒸镀特点简单便利，沉积速率块，薄膜生长机理比较单纯不易获得结晶结构的薄膜，附着性差，工艺重复性不好真空度高，薄膜纯度高，可以获得清晰图形2Part溅射镀膜Part2溅射镀膜

原理阴极接上2000伏高压电，激发辉光放电，氩气电离，正电氩离子撞击负极，使阴极射出原子，阴极的溅射原子再沉积到基片上形成膜。

二极溅射设备原理图Part2溅射镀膜三极溅射示意图

在二极溅射镀膜的基础上增加产生热电子发射的热阴极，构成三极溅射，在三极溅射基础上增设辅助阳极，在真空室外设置聚束线圈，可构成四极溅射。其他溅射方法磁控溅射具有正交的电磁场，磁场方向与阴极靶表面平行，形成闭合的环形水平磁场，带电粒子做近似摆线运动用交流电源代替直流电源就构成交流溅射系统，由于常用的交流电源的频率在射频段(5~30MHz)所以这种溅射方法称为射频溅射偏压溅射基片上施加固定直流偏压，加负偏压，基片将受到气体离子稳定轰击，可清除进入薄膜表面的气体，提高薄膜的纯度采用单独的等离子体产生源，引出等离子体轰击阴极靶离子束溅射Part2溅射镀膜Part2溅射镀膜

任何物质均可以溅射，尤其是高熔点、低蒸气压元素和化合物，溅射膜与基板之间的附着性好。

溅射镀膜密度高，针孔少，且膜层的纯度较高膜层可控性和重复性好。

设备复杂、需要高压装置，成膜速度低，基板温升较高和易受杂质气体影响。

3Part离子镀膜离子镀膜原理图

离子镀兼具真空蒸镀与溅射蒸镀的特点，首先抽取高真空，通入氩气，蒸发源与阳极相连，通入1~5kV高压电源，蒸发源与工件发生辉光放电，氩气电离，正离子高速轰击工件，使其表面原子和污物溅出，达到清洗工件目的。而后，接通蒸发源的电源，蒸发物质开始气化或升华，并在辉光放电区电离，蒸发物的正电离子随正电氩离子轰向工件，沉积于工件表面，当沉积速度大于溅射速度，开始形成镀层。Part3离子镀膜

利用热阴极发射大量热电子，穿过被蒸发粒子流时，发生碰撞电离。和二极型相比，三极型的离化率可明显提高，基板电流密度可提高10-20倍。

多阴极型采用多个阴极，工作气压低于二极型离子镀，镀层光泽而致密。依靠热阴极灯丝电流和阳极电压的变化，可以独立控制放电条件，从而可有效地控制膜层的晶体结构、颜色和硬度等性能。主阴极所加的维持辉光放电的电压较低，减少了能量过高的离子对基片的轰击作用，使基片温升得到控制。Part3离子镀膜附着性能好绕射能力强镀层质量高、效率高镀前清理简单，可镀工件和膜料的范围广离子镀膜的特点Part3离子镀膜其他方法123低温等离子体离子镀射频离子镀活性反应蒸镀法Part3离子镀膜的应用镀固体润滑膜镀耐热材料离子镀防腐增加耐磨性4Part化学气相沉积镀膜

化学气相沉积（CVD），是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。CVD是建立在化学反应基础上的，习惯上把反应物是气体而生成物之一是固体的反应称为CVD反应。原理

化学气相淀积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、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，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，化学气相淀积已成为无机合成化学的一个新领域。通常认为有以下几种类型的CVD反应：CVD技术的分类低温、中温、高温CVD低压CVD(LPCVD)、常压CVD(APCVD)热壁方式和冷壁方式CVD热激活和等离子体CVD(HDPCVD)AB化学气相淀积镀膜应用APCVD化学沉积镀TiO2膜，是在多晶硅片上镀一层减反射膜来增强其光吸收。可改善多晶硅太阳电池片电池特性,提高多晶硅片的转换效率。用ＣＶＤ法制备的ＴｉＮ、ＴｉＣ等薄膜具有很高的硬度和耐磨性，在刀具切削面上仅覆１～３μｍ的ＴｉＮ膜就可以使其使用寿命提高３倍以上。化学气相沉积可以用来沉积多晶硅膜、钨膜、铝膜、金属硅化物、氧化硅膜以及氮化硅膜等，而这些薄膜材料可以用作栅电极、多层布线的层间绝缘膜、金属布线、电阻以及散热材料等，用于超大规模集成电路制作。化学气相沉积生产的Ｎｂ３Ｓｎ低温超导带材涂层致密，厚度较易控制，力学性能好，是目前烧制高场强小型磁体的最优良材料。APCVD化学沉积镀微电子技术保护涂层超导技术结语真空镀膜技术

是一种新颖的材料合成与加工新技术，是表面工程技术领域的重要组成部分。真空镀膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆一层特殊性能的镀膜，从而使固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰等许多优于