物理氣相沉積

1、物理氣相沉積技術(shù)概述近年來表面工程學(xué)發(fā)展迅速，新的表面涂層技術(shù)層出不窮，氣相沉積就是發(fā)展最快的新涂層技術(shù)之一.（1）.定義: 所謂氣相沉積是利用在氣相中以物理或化學(xué)的反應(yīng)過程，在工件表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層的方法. （2）.氣相沉積的特點： 可以用來制備具有各種特殊力學(xué)性能和物理化學(xué)性能（如：高硬度，高耐熱，高熱導(dǎo)，高耐腐蝕，抗氧化，絕緣等）涂層不僅可以層積金屬涂層，合金涂層，還可以層積多種多樣的化合物非金屬半導(dǎo)體陶瓷和有機物的單層和多層結(jié)構(gòu)的涂層 （3）.分類: A.化學(xué)氣相沉積(CVD) B.物理氣相沉積(PVD) C.等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD) PVD與CVD的

2、區(qū)別？化學(xué)氣相沉積與物理氣相沉積最根本的區(qū)別是在沉積前是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)氣相沉積，沉積原料并不是基片上沉積的物質(zhì)，必須通過化學(xué)反應(yīng)再在基片上沉積。而物理氣相沉積，并不需要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其只是通過各種方法（如加熱蒸發(fā)，濺射等等），將源材料氣化，然后沉積于基片表面成膜，沉積前后的物質(zhì)都是一樣的。（4）.氣相沉積的應(yīng)用：氣相沉積技術(shù)生產(chǎn)制備的高硬度，高耐熱，高熱導(dǎo)，高耐腐蝕，抗氧化，絕緣等涂層，特殊性能的電學(xué)，光學(xué)功能的涂層，裝飾裝修涂層，已廣泛用于機械、航天、建筑、五金裝飾、電子產(chǎn)品、汽車配件等行業(yè) 物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)是指把固態(tài)(液態(tài))

3、鍍料通過高溫蒸發(fā)、濺射、電子束、等離子體、離子束、激光束、電弧等能量形式產(chǎn)生氣相原子、分子、離子(氣態(tài)，等離子態(tài))進(jìn)行輸運，在固態(tài)表面上沉積凝聚(包括與其他反應(yīng)氣相物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成反應(yīng)產(chǎn)物)，生成固相薄膜的過程。 特點 涂層形成是不受物理變化定律控制的凝固過程，是一種非平衡過程。 工藝過程對基體材料的影響很小，因此可以在各種基體材料上涂覆涂層。 沉積層厚度范圍較寬，從nmmm級都可實現(xiàn) 無環(huán)境污染； 缺點：設(shè)備復(fù)雜，一次投資較大。（1）真空蒸鍍n 真空蒸鍍基本原理是在真空條件下，使金屬、金屬合金或化合物蒸發(fā)，然后沉積在基體表面上，蒸發(fā)的方法常用電阻加熱，高頻感應(yīng)加熱，電子束、激光束、離子束

4、高能轟擊鍍料，使蒸發(fā)成氣相，然后沉積在基體表面。n 真空蒸鍍的設(shè)備相對簡單, 工藝操作容易, 可鍍材料廣, 鍍膜純潔, 廣泛用于光學(xué)、電子器件和塑料制品的表面處理。缺點是膜一基結(jié)合力弱，鍍膜不耐磨, 并有方向性。（2）濺射鍍n 原理是充氬(Ar)氣的真空條件下，使氬氣進(jìn)行輝光放電， (Ar) (Ar+)，Ar+在電場力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會被濺射出來而沉積到工件表面。n 濺射鍍膜純度高、均勻，而且基板溫度低。因此適用性廣, 可沉積純金屬、合金或化合物。濺射鍍膜的缺點n 濺射設(shè)備復(fù)雜，需要高壓裝置n 濺射淀積的成膜速度低，真空蒸發(fā)鍍膜淀積速率為0.15m/min，濺射速率

5、為0.010.5 m/min。n 基片溫升較高，易受雜質(zhì)氣體影響。入射Ar離子濺射出的原子濺射出的原子 濺射的用途 濺射薄膜按其不同的功能和應(yīng)用可大致分為機械功能膜和物理功能膜兩大類。前者包括耐摩、減摩、耐熱、抗蝕等表面強化薄膜材料、固體潤滑薄膜材料；后者包括電、磁、聲、光等功能薄膜材料等。（3）離子鍍 在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)離子化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊作用的同時，把蒸發(fā)物或其反應(yīng)物蒸鍍在基片上。 特點：1、把氣體輝光放電、等離子體技術(shù)與真空蒸發(fā)鍍膜結(jié)合在一起。2、提高了膜層性能3、擴充了鍍膜技術(shù)的應(yīng)用范圍，兼有真空蒸發(fā)和濺射的優(yōu)點外，附著力好、繞射性好、材料廣

6、泛。 過程1、預(yù)抽真空 10-3 Pa（高本底真空度）2、 充Ar氣 10-110-3 Pa（低壓惰性氣體高壓放電）3、 濺射清洗4、離子鍍膜（鍍膜材料蒸發(fā)、離化、加速、沉積）沉積與濺射同時存在成膜的條件：濺射速度沉積速度（4）物理氣相沉積的三種基本方法比較分 類真空蒸鍍 濺射鍍膜 離子鍍沉積粒子能量 中性原子 0.1eV1eV 1eV10eV 0.1eV1eV(此外還有高能中性原子) 入射離子 數(shù)百數(shù)千電子伏特沉積速率m/min 0.15 0.010.5(磁控濺射可接近真空蒸鍍) 150 膜層特點密度 低溫時密度較小但表面平滑 密度大 密度大 氣孔 低溫時多 氣孔少，但混入濺射氣體較多 無氣孔，但膜層缺陷較多。 （4）物理氣相沉積的三種基本方法比較分 類真空蒸鍍?yōu)R射鍍膜離子鍍膜層特點附著力不太好較好很好內(nèi)應(yīng)力拉應(yīng)力壓應(yīng)力應(yīng)工藝條件而定繞射性差較好較好被沉積物質(zhì)的氣化方式電阻加熱、電子束加熱、感應(yīng)加熱等。陰極濺射蒸發(fā)式、