6现代表面技术-气相沉积技术-物理气相沉积解决方案.ppt

用TiN，TiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩 擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐 磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、模 具等的工作特性，又可以提高使用寿命，一般可使 刀具寿命提高3～10倍。 TiN，TiC，Al2O3等膜层化学性能稳定，在许多 介质中具有良好的耐蚀性，可作基体材料保护膜。 5.1 物理气相沉积 5.1.3 离子镀膜 一、离子镀的原理 离子镀是在真空条件下，借助于一种惰性气体的辉光放电使气体或被蒸发物质部分离化，气体或被蒸发物质离子经电场加速后对带负电荷的基体轰击的同时把蒸发物或其反应物沉积在基体上。 离子镀的技术基础是真空蒸镀，其过程包括镀膜材料的受热，蒸发，离子化和电场加速沉积的过程。 ★ 过程 ① 预抽真空 10-3 Pa（高本底真空度） ② 充Ar气 10-1～10-3 Pa（低压惰性气体高压放电） ③ 溅射清洗 ④ 离子镀膜（镀膜材料蒸发、离化、加速、沉积） 二、离子镀的特点 （1）离子镀可在较低温度下进行。 化学气相沉积一般均需在900℃以上进行，所以处 理后要考虑晶粒细化和变形问题，而离子镀可在 900℃下进行，可作为成品件的最终处理工序。 （2）膜层的附着力强。 如在不锈钢上镀制20～50μｍ厚的银膜，可达到 300N/mm2粘附强度。 主要原因一： 离子轰击时基片产生溅射，使表面杂质层清 除、吸附层解吸，使基片表面清洁，提高了膜层附 着力； 溅射使膜离子向基片注入和扩散，膜晶格中结 合不牢的原子将被再溅射，只有结合牢固的粒子形 成膜； 5.1 物理气相沉积 主要原因二： 轰击离子的动能转变为热能，对蒸镀表面产生 了自动加热效应，提高表层组织的结晶性能，促进 了化学反应，而离子轰击产生的晶体缺陷与自加热 效应的共同作用，增强了扩散作用； 飞散在空间的基片原子有一部分再返回基片表 面与蒸发材料原子混合和离子注入基片表面，促进 了混合界面层的形成。 5.1 物理气相沉积 按照沉积机制的差别，物理气相沉积可分为 真空蒸发镀膜技术( Vapor Evaporation) 真空溅射镀膜( Vapor Sputtering) 离子镀膜(Ion Plating) 分子束外延(Molecular Beam Epi-taxy，简称VIBE镀膜) 5.1 物理气相沉积 5.1.1 蒸发镀膜 蒸发镀是PVD方法中最早用于工业生产的一种， 该方法工艺成熟，设备较完善，低熔点金属蒸发 效果高，可用于制备介质膜、电阻、电容等，也 可以在塑料薄膜和纸张上连续蒸镀铝膜。 定义：在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀 料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称为 蒸发镀膜，简称蒸镀。 5.1 物理气相沉积 ★ 真空技术基础 1、真空度的单位 真空：空间内压力低于一个大气压（1.013×105Pa）的气体状态。 特点：压强低，空气稀薄，分子平均自由程长 真空的性质可由压强、单位体积分子个数、气体的密度等表示 ★ 真空技术基础 “ 真空度”和“压强”两个参量来衡量真空的程度 表示真空状态下气体的稀薄程度，常用压力表示。国际单位以帕斯卡（pascal）表示。 1帕斯卡（Pa）＝1N/m2 1托（Torr）=133.322Pa=1/760atm mmHg、atm、bar等 Relative pressure Absolute pressure 描述真空的独特单位 ★ 真空技术基础 2、真空的划分 低真空105Pa —102Pa ：目的获得压差 vacuum cleaner；vacuum filter；CVD 中真空102Pa —10-1Pa： 气体分子运动特征改变，电场下具有导电特性。 Sputtering（溅射）；LPCVD（低气压化学气相沉积） 高真空10-1Pa —10-5Pa Evaperating（蒸发）；Ion source（离子束） 超高真空： ＜ 10-5Pa Surface analysis；Particle physics ★ 真空技术基础 3、气体分子的平均自由程（Mean Free Path） 一个气体分子在连续两次碰撞所经历的路程称为自由程。所有气体分子彼此碰撞间所经历平均距离称为平均自由程----λ 。 ★ 真空技术基础 n-气体分子密度，标准状态n≈3×1019 δ-分子直径 气体分子密度与平均自由程 压强 1.013×105Pa 0.1Pa 1