物理氣相沉積技術(shù)

1、物理氣相沉積技術(shù)物理氣相沉積技術(shù)The Physical Vapor Deposition(PVD) 小組成員：林小組成員：林 斌斌 余寧寧余寧寧 葛葛 亞亞 蘇妙達(dá)蘇妙達(dá) 石麗麗石麗麗 高文龍高文龍PVD原理原理PVD特點(diǎn)PVD分類PVD現(xiàn)狀與發(fā)展PVD應(yīng)用原理原理：物理氣相沉積技術(shù)表示在真空條件下，：物理氣相沉積技術(shù)表示在真空條件下，采用物理方法，將材料源采用物理方法，將材料源固體或液體表面固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體并通過低壓氣體( (或等離子體或等離子體) )過程，在基體過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄

2、膜的技術(shù)。表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。PVD的物理原理示意圖塊狀材料塊狀材料 (靶材靶材)薄膜薄膜物質(zhì)輸運(yùn)物質(zhì)輸運(yùn)能量輸運(yùn)能量輸運(yùn)能量能量以氣態(tài)方式進(jìn)行以氣態(tài)方式進(jìn)行氣態(tài)氣態(tài)基底基底“物理氣相沉積物理氣相沉積” 通常通常有有下面三個下面三個工藝工藝步驟步驟： 所生長的材料（靶材）以物理的方式由固體轉(zhuǎn)化所生長的材料（靶材）以物理的方式由固體轉(zhuǎn)化為氣體為氣體 生長材料的蒸汽經(jīng)過一個低壓區(qū)域到達(dá)襯底生長材料的蒸汽經(jīng)過一個低壓區(qū)域到達(dá)襯底 蒸汽在襯底表面上凝結(jié)，形成薄膜蒸汽在襯底表面上凝結(jié)，形成薄膜幾種常見的薄膜結(jié)構(gòu) 單層膜 周期結(jié)構(gòu)多層膜SubstrateASubstrateABABPVD

3、原理原理PVD特點(diǎn)PVD分類PVD現(xiàn)狀與發(fā)展PVD應(yīng)用PVD特點(diǎn)1234物理氣相沉積獲物理氣相沉積獲得的沉積層薄。得的沉積層薄。涂層的純度高涂層的純度高單擊此處添加標(biāo)題沉積層材料來自固體物質(zhì)源，采用各種加沉積層材料來自固體物質(zhì)源，采用各種加熱源或濺射源使固態(tài)物質(zhì)變?yōu)樵討B(tài)。熱源或濺射源使固態(tài)物質(zhì)變?yōu)樵討B(tài)。涂層組織細(xì)密、與基涂層組織細(xì)密、與基體和結(jié)合強(qiáng)度好。體和結(jié)合強(qiáng)度好。PVD特點(diǎn)567可方便的控制可方便的控制多個工藝參數(shù)多個工藝參數(shù)，易獲得單晶，易獲得單晶、多晶、非晶、多晶、非晶、多層納米層、多層納米層結(jié)構(gòu)的功能薄結(jié)構(gòu)的功能薄膜。膜?？梢栽谳^低溫度下獲得各種功能薄膜，可以在較低溫度下獲得各

4、種功能薄膜，基材范圍廣泛?；姆秶鷱V泛。無有害氣體排出無有害氣體排出，屬于無污染技，屬于無污染技術(shù)。術(shù)。PVD原理原理PVD特點(diǎn)PVD分類PVD現(xiàn)狀與發(fā)展PVD應(yīng)用物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD）真空蒸鍍真空蒸鍍離子鍍離子鍍?yōu)R射鍍?yōu)R射鍍電子束蒸發(fā)電子束蒸發(fā)熱蒸發(fā)熱蒸發(fā)直流濺射直流濺射射頻濺射射頻濺射磁控濺射磁控濺射電子束蒸發(fā)鍍膜儀電子束蒸發(fā)鍍膜儀 PVD 75 美國美國 Kurt J Lesker Company 磁控濺射鍍膜儀磁控濺射鍍膜儀 PVD 75 美國美國 Kurt J Lesker Company 電子束蒸發(fā)原理與特點(diǎn)電子束蒸發(fā)原理與特點(diǎn)原理原理：熱電子由燈絲發(fā)射熱電子由燈絲發(fā)

5、射后，被加速陽極加速，獲后，被加速陽極加速，獲得動能轟擊到處于陽極的得動能轟擊到處于陽極的蒸發(fā)材料上，使蒸發(fā)材料蒸發(fā)材料上，使蒸發(fā)材料加熱氣化，而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)鍍加熱氣化，而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)鍍膜。膜。特點(diǎn)特點(diǎn)：多用于要求純度極多用于要求純度極高的膜、絕緣物的蒸鍍和高的膜、絕緣物的蒸鍍和高熔點(diǎn)物質(zhì)的蒸鍍。高熔點(diǎn)物質(zhì)的蒸鍍。E-GunCrucibleSubstrate fixture磁控濺射磁控濺射：使電子的路徑不再是直線，而是螺旋線，：使電子的路徑不再是直線，而是螺旋線，增加了與氣體原子發(fā)生碰撞的幾率，在同樣的電壓和氣壓增加了與氣體原子發(fā)生碰撞的幾率，在同樣的電壓和氣壓下可以提高氣體電離的效率，提高了沉積速率

6、。下可以提高氣體電離的效率，提高了沉積速率。附加磁場的優(yōu)點(diǎn)附加磁場的優(yōu)點(diǎn) 限制濺射離子的軌道限制濺射離子的軌道 增加離子在氣體中停留的時間增加離子在氣體中停留的時間 增強(qiáng)等離子體和電離過程增強(qiáng)等離子體和電離過程 減少濺射原子從靶材到襯底路程中的碰撞減少濺射原子從靶材到襯底路程中的碰撞 高磁場附近的產(chǎn)值比較高高磁場附近的產(chǎn)值比較高PVD原理原理PVD特點(diǎn)PVD分類PVD現(xiàn)狀與發(fā)展PVD應(yīng)用PVD 技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代末，制備的薄膜具有高硬度、低摩技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代末，制備的薄膜具有高硬度、低摩擦系數(shù)、很好的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。近年來，由于擦系數(shù)、很好的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)

7、。近年來，由于PVD技術(shù)技術(shù)和工藝、設(shè)備水平的發(fā)展，加上使用靶材品種和質(zhì)量的增加，有效提和工藝、設(shè)備水平的發(fā)展，加上使用靶材品種和質(zhì)量的增加，有效提高了涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度，擴(kuò)大了涂層材料的種類，是過去難于使高了涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度，擴(kuò)大了涂層材料的種類，是過去難于使用用PVD技術(shù)沉積的碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)涂層，現(xiàn)在變成了技術(shù)沉積的碳化物、氮化物、氧化物等硬質(zhì)涂層，現(xiàn)在變成了可能，極大地擴(kuò)展了可能，極大地擴(kuò)展了PVD技術(shù)的應(yīng)用范圍。技術(shù)的應(yīng)用范圍。與化學(xué)氣相沉積（與化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝相比，）工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在工藝處理溫度低，在600以以下時對材料的抗彎強(qiáng)度無影響

8、；薄膜內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，更適于下時對材料的抗彎強(qiáng)度無影響；薄膜內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，更適于對硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層；對硬質(zhì)合金精密復(fù)雜刀具的涂層；PVD工藝對環(huán)境無不利影響，符合工藝對環(huán)境無不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向。 FROM 1970sPVD原理原理PVD特點(diǎn)PVD分類PVD現(xiàn)狀與發(fā)展PVD應(yīng)用對高速鋼刀具進(jìn)行涂覆對高速鋼刀具進(jìn)行涂覆, 可得到致密等軸涂層可得到致密等軸涂層, 具有優(yōu)異具有優(yōu)異的耐磨特性的耐磨特性, 可顯著提高刀具的使用壽命；可顯著提高刀具的使用壽命；在飛機(jī)和宇宙飛船的各種形狀復(fù)雜的零部件上在飛機(jī)和宇宙飛船的各種形狀復(fù)雜的零部件上, 可鍍制各可鍍制各種薄膜；種薄膜；為選擇傳播射線為選擇傳播射線, 在建筑玻璃上鍍制化合物鍍層；在建筑玻璃上鍍制化合物鍍層；為減少摩擦為減少摩擦, 在各種工程機(jī)械零件上鍍制潤滑的膜層；在各種工程機(jī)械零件上鍍制潤滑的膜層；太陽能和光電元件應(yīng)用的各種薄膜太陽能和光電元件應(yīng)用的各種薄膜ONLY ON THE FILM? 其它生長模式Frank-van der Me