真空镀膜基础知识

学校：龙岩学院___________

院系：物理与机电工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

班级：11级机械（本）1班

姓名：柯建坤

学号：2022043523

简介

真空镀膜

在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或

化合物膜。虽然化学汽相沉积也采纳减压、低压或等离子体等真空手段，

但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。真空镀膜有三种形式，即蒸

发镀膜、溅射镀膜和离子镀。

蒸发镀膜

通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，称为蒸发镀膜。这种方

法最早由M.法拉第于1857年提出，现代已成为常用镀膜技术之一。蒸发镀

膜设施结构如图lo

蒸发物质如金属、化合物等置于用堪内或挂在热丝上作为蒸发源，待

镀工件,如金属、陶瓷、塑料等基片置于用烟前方。待系统抽至高真空后,

加热用埸使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基

片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚打算于蒸发源的蒸发速率和

时间（或打算于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，

常采纳旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的匀称性。从蒸发源到

基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程,以免蒸气分子与

残气分子碰撞引起化学作用。蒸气分子平均动能约为0・1〜0.2电子伏。

蒸发镀膜的类型

蒸发源有三种类型。①电阻加热源：用难熔金属如铝、粗制成舟箔或丝状,

通以电流，加热在它上方的或置于均塌中的蒸发物质（图1［蒸发镀膜设施示

意图］

修片

ffll震发坡屋设备示意图

）电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。②

高频感应加热源：用高频感应电流加热用埸和蒸发物质。③电子束加热源：

适用于蒸发温度较高（不低于2000［618-1］）的材料，即用电子束轰击材料

使其蒸发。

蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单

质和不易热分解的化合物膜。

为沉积高纯单晶膜层,可采纳分子束外延方法。生长掺杂的GaAlAs单

晶层的分子束外延装置如图2［分子束外延装置示意图

GaAs

］o喷射炉中装有分子束源,在超高真空下当它被加热到肯定温度时，炉中

元素以束状分子流射向基片。基片被加热到肯定温度，沉积在基片上的分

子可以徙动，按基片晶格次序生长结晶用分子束外延法可获得所需化学计

量比的高纯化合物单晶膜，薄膜最慢生长速度可掌握在1单层/秒。通过掌

握挡板，可精确地做出所需成分和结构的单晶薄膜。分子束外延法广泛用于

制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。

溅射镀膜

用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表

面，沉积在基片上。溅射现象于1870年开头用于镀膜技术，1930年以后由

于提高了沉积速率而渐渐用于工业生产。常用的二极溅射设施如图3［二

极溅射示意图］。通常将欲沉积的材料制成板材一一靶，固定在阴极上。基

片置于正对靶面的阻级上，距靶几厘米。系统抽至高真空后充入10-1帕的

气体（通常为氧气），在阴极和阳极间加儿千伏电压，两极间即产生辉光

放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受

碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子，其能量在1至几十电子伏范围。溅

射原子在基片表面沉积成膜。与蒸发饿膜不同，溅射镀膜不受膜材熔点的

限制，可溅射w、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。溅射化合物膜可用反应

溅射法，即将反应气体（0、N、HS、CH等）加入Ar气中，反应气体及其离子

与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉积

在基片上。沉积绝缘膜可采纳高频溅射法。基片装在接地的电极上，绝缘

靶装在对面的电极上。高频电源一端接地，一端通过匹配网络和隔直流电

容接到装有绝缘靶的电极上。接通高频电源后，高频电压不断转变极性。

等离子体中的电子和正离子在电压的正半周和负半周分别打到绝缘靶上。

由于电子迁移率高于正离子，绝缘靶表面带负电，在达到动态平衡时，靶

处于负的偏置电位，从而使正离子对靶的溅射持续进行。采纳磁控溅射可

使沉积速率比非磁控溅射提高近一个数量级。

B04离于爆系扰示意困

离子镀

蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子

镀。这种技术是D.麦托克斯于1963年提出的。离子镀是真空蒸发与阴极溅

银，局纯银丝，IWJ纯银粒，IWJ纯银片，局纯钳，局纯钳丝，IWJ纯饴，身纯

饴粉，高纯错丝，高纯错粒，高纯铝，高纯鸨粒，高纯铜，高纯铜粒，高

纯铝片，高纯硅，高纯单晶硅，高纯多晶硅，高纯楮，高纯错粒，高纯锦，

高纯铳粒，高纯钻，高纯钻粒，高纯银，高纯锡，高纯锡粒，高纯锡丝，

高纯鸨，高纯铝粒，高纯锌，高纯锌粒，高纯帆，高纯优粒，高纯铁，高

纯铁粒，高纯铁粉，高纯钛，高纯钛片，高纯钛粒，海面钛，高纯错，高纯

错丝，海绵错，碘化错，高纯错粒，高纯错块，高纯碎，高纯碎粒，高纯错，

高纯银，高纯锲丝，高纯锲片，高纯银柱，高纯铝，高纯铝片，高纯钥丝，

高纯留粒，高纯银锦丝，高纯银倍粒，高纯锄，高纯错，高纯轧，高纯锌，高

纯锹，高纯钦，高纯钮，高纯镜，高纯锈，高纯锌，高纯错，高纯钿，高纯钵等.

混合料

氧化错氧化钛混合料，氧化错氧化铝混合料，氧化钛氧化铝混合料，

氧化锚氧化轨混合料，氧化钛氧化银混合料，氧化偌氧化铝混合料，氧化

镁氧化铝混合料，氧化锢氧化锡混合料，氧化锡氧化钿混合料，氟化铀氟

化钙混合料等混合料

其他化合物

钛酸钢，BaTiO3,钛酸错，PrTiO3,钛酸锯，SrTiO3,钛酸镰I，LaTiO3,

硫化锌，ZnS,冰晶石，Na3AlF6,硒化锌,ZnSe,硫化镉，硫化铝，硫化

铜，二硅化铝。

辅料

铝片，钥舟、车旦片、鸨片、鸨舟、鸨绞丝。

溅射靶材

（纯度：99.9%-99.999%）

金属靶材

银靶（Ni靶）、钛靶（Ti靶）、锌靶（Zn靶）、铭靶（Cr靶）、镁

靶（Mg靶）、银靶（Nb靶）、锡靶（Sn靶）、铝靶（A1靶）、锢靶（In

靶）、铁靶（Fe靶）、错铝靶（ZrAl靶）、钛铝靶（TiAl靶）、错靶（Zr

靶）、硅靶（Si靶）、铜靶（Cu靶）、留靶（Ta靶）、错靶（Ge靶）、

银靶（Ag靶）、钻靶（Co靶）、金靶（Au靶）、札靶（Gd靶）、翎靶（La

靶）、钮靶（Y靶）、钵靶（Ce靶）、错靶（Hf靶）、行靶（Mo靶）、铁

银靶（FeNi靶）、V靶、W靶、不锈钢靶、银铁靶、铁钻靶、银铭靶、铜钿

铁靶、铝硅靶NiCr靶等金属靶材。

陶瓷靶材

2.陶瓷靶材

ITO靶、AZO靶，氧化镁靶、氧化铁靶、氧化铭靶、氧化锌靶、硫化锌

靶、硫化镉靶，硫化铝靶，二氧化硅靶、一氧化硅靶、气化钝靶、二氧化

错靶、五氧化二铝靶、二氧化钛靶、二氧化错靶，二氧化管靶，二硼化钛

靶，二硼化错靶，三氧化鸨靶，三氧化二铝靶，五氧化二铝靶，五氧化二

银靶、氟化镁靶、氟化铝靶、氟化镁靶，硒化锌靶、氮化铝靶，氮化硅靶,

氮化硼靶，氮化钛靶，碳化硅靶，锯酸锂靶、钛酸错靶、钛酸钢靶、钛酸

偶靶、氧化银靶等陶瓷溅射靶材。

真空镀膜平安操作规程

1.在机床运转正常状况下，开动机床时，必需先开水管，工作中应随

时留意水压。

2.在离子轰击和蒸发时，应特殊留意高压电线接头，不得触动，以防

触电。

3.在用电子枪镀膜时，应在钟罩外围上铝板。观看窗的玻璃最好用铅

玻璃，观看时应戴上铅玻璃眼量，以防X射线侵害人体。

4.镀制多层介质膜的镀膜间，应安装通风吸尘装置，准时排解有害粉

尘。

5.易燃有毒物品要妥当保管，以防失火中毒。

6.酸洗夹具应在通风装置内进行，并要戴橡皮手套，

7.把零件放入酸洗或碱洗槽中时，应轻拿轻放，不得碰撞及溅出。平

常酸洗槽盆应加盖。

8.工作完毕应断电、断水。

常见涂层及性能优点

镀膜种类性能优点

颜色：金色增加表面硬度、削减摩擦力

TiN硬度：2300HV可低温涂层，适合低温零件

氮化钛摩擦系数：0.23VSNi避开刀口之积居现象

最高工作温度：580℃广泛应用於钢料成型加工

颜色：银灰色高表面硬度表面光滑

TiCN

硬度：3300HV避开刀口之积屑现象

氮碳化钛摩擦系数:0.21VSNi适合重切削

最高工作温度：450C适合冲压加工不^钢

颜色：紫黑色高热稳定性

ALTiN硬度：3500HV适合高速、干式切削

铝氮化钛摩擦系数:0.35VSNi最适合硬质合金刀具、车刀片

最高工作温度：800℃适合不金秀钢钻、铳、冲加工

颜色：银灰色

可低温涂层，韧性好，适合低温

Crotac硬度：2100HV

零件

钛铭一纳米晶体摩擦系数:0.18VSNi

适合冲压厚度〉1.5mm的钢板

最高工作温度：700℃

颜色：灰黑色高热稳定性

硬度：3300HV磨擦力低，不沾黏

ALuka

摩擦系数：0.18VSNi适合冷热段造、铸造高热稳定性

铭■铝纳米晶体

最高工作温度：110适合长期在高温环境下使用的汽

0℃车零件

颜色：灰黑色

CrSiN系硬度：3000HV膜具高速加工，高光面加工

络硅一纳米晶体摩擦系数：0.16VSNi适合加工铜合金、镁铝合金

抗氧化温度：1000C

颜色：紫黑色

ZrSiN系硬度：3400HV最适合HSS刀具、丝攻

错硅.纳米晶体摩擦系数:0.22VSNi适合加工钛合金

抗氧化温度：850℃

颜色：黄橙色

表面硬度最高

TiSiN系硬度：4300HV

适合重切削与加工不金秀钢

钛硅—纳米晶体摩擦系数:0.25