真空镀膜基础知识.doc

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1、简介真空镀膜学校：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承受减压、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外表，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。蒸发镀膜设备构造如图 1。蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀 工件，如金属

2、、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。待系统抽至高真空后，加热坩 埚使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片外表。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，常承受旋转基片或多 蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分 子在剩余气体中的 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。电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状 ,通以电流,加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质图 1蒸发镀膜设备示意

3、图 电阻加热源主要用于蒸发 Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni 等材料。高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。电子束加热源：适用于蒸发温度较高不低于 2022618-1 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，可承受分子束外延方法。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。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

4、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把握在 1 单层/秒。通过把握挡板 ,可准确地做出所需成分和构造的单晶薄膜。分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件 和各种超晶格构造薄膜。溅射镀膜用高能粒子轰击固体外表时能使固体外表的粒子获得能量并逸出外表，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。常用的二极溅射设备如图 3 二极溅射示意图。通常将欲沉积的材料制成板材靶 ,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入 10 1 帕的气体通常为氩气，在阴极和阳极间加几千伏电

5、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，与靶外表原子碰撞，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。溅射原子在基片外表沉积成膜。与蒸发镀膜不同，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响溅射法，马上反响气体(O、N、HS、CH 等)参加 Ar 气中,反响气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反响生成化合物如氧化物、氮化物等而沉积在基片上。沉积绝缘膜可承受高频溅射法。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。

6、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，绝缘靶外表带负电，在到达动态平衡时，靶处于负的偏置电位，从而使正离子对靶的溅射持续进展。承受磁控溅射可使沉积速率比非磁控溅射提高近一个数量级。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外表，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射技术的结合。一种离子镀系统如图 4离子镀系统示意图 ,将基片台作为阴极，外壳作阳极，充入惰性气体如氩以产生辉光放电。从蒸发源蒸发的分子通过等离 子区时发生电离。正离子被基片台负电压加速打

7、到基片外表。未电离的中性原 子约占蒸发料的 95%也沉积在基片或真空室壁外表。电场对离化的蒸气分子的加速作用离子能量约几百几千电子伏和氩离子对基片的溅射清洗作用，使膜层附着强度大大提高。离子镀工艺综合了蒸发高沉积速率与溅射良好的膜层附着力工艺的特点，并有很好的绕射性，可为外形简单的工件镀膜。参考书目金原粲著，杨希光译：薄膜的根本技术，科学出版社， 北京，1982 。金原粲著：薄膜根本技，京大学出版会，京， 1976 。 光学镀膜材料纯度： 99.9%-99.9999% 高纯氧化物一氧化硅、SiO，二氧化铪、HfO ，二硼化铪， 氯氧化铪，二氧化锆、ZrO2 ，二氧化钛、 TiO2 ，一氧化钛、

8、 TiO，二氧化硅、 SiO2 ，三氧化二钛、Ti2O3 ，五氧化三钛、Ti3O5 ，五氧化二钽、 Ta2O5 ，五氧化二铌、 Nb2O5 ，三氧化二铝、Al2O3 ，三氧化二钪、 Sc2O3 ，三氧化二铟、 In2O3 ，二钛酸镨、Pr(TiO3)2 ，二氧化铈、 CeO2 ，氧化镁、MgO，三氧化钨、 WO3 ，氧化钐、Sm2O3 ，氧化钕、Nd2O3 ，氧化铋、Bi2O3 ，氧化镨、 Pr6O11 ，氧化锑、Sb2O3 ， 氧化钒、V2O5 ，氧化镍、 NiO，氧化锌、ZnO，氧化铁、Fe2O3 ，氧化铬、Cr2O3 ，氧化铜、CuO 等。高纯氟化物氟化镁、MgF2 ，氟化镱、YbF3

9、，氟化钇、 LaF3 ，氟化镝、DyF3 ，氟化钕、NdF3 ，氟化铒、ErF3 ，氟化钾、KF，氟化锶、SrF3 ，氟化钐、SmF3 ，氟化钠、NaF，氟化钡、BaF2 ，氟化铈、CeF3 ，氟化铅等。高纯金属类高纯铝,高纯铝丝，高纯铝粒，高纯铝片，高纯铝柱，高纯铜，高纯铜丝， 高纯铜片，高纯铜粒，高纯铬，高纯铬粒，高纯铬粉，高纯铬块，铬条，高纯钴，高纯钴粒，高纯金，高纯金丝，高纯金片，高纯金粒，高纯银，高纯银 丝，高纯银粒，高纯银片，高纯铂，高纯铂丝，高纯铪，高纯铪粉，高纯铪 丝，高纯铪粒，高纯钨，高纯钨粒，高纯钼，高纯钼粒，高纯钼片，高纯硅， 高纯单晶硅，高纯多晶硅，高纯锗，高纯锗粒，高

10、纯锰，高纯锰粒，高纯钴， 高纯钴粒，高纯铌，高纯锡，高纯锡粒，高纯锡丝，高纯钨，高纯钨粒，高纯锌，高纯锌粒，高纯钒，高纯钒粒，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 ,高纯锆，高纯锆丝，海绵锆 ,碘化锆,高纯锆粒， 高纯锆块，高纯碲，高纯碲粒，高纯锗，高纯镍，高纯镍丝，高纯镍片，高纯镍柱，高纯钽，高纯钽片，高纯钽丝，高纯钽粒，高纯镍铬丝，高纯镍铬粒，高纯镧,高纯镨,高纯钆,高纯铈,高纯铽,高纯钬,高纯钇,高纯镱,高纯铥,高纯铼, 高纯铑,高纯钯,高纯铱等.混合料氧化锆氧化钛混合料，氧化锆氧化钽混合料，氧化钛氧化钽混合料，氧化锆氧化钇混合料，氧化钛氧化铌混合料，氧化锆氧化

11、铝混合料，氧化镁氧化铝混合料，氧化铟氧化锡混合料，氧化锡氧化铟混合料，氟化铈氟化钙混合料等混合料其他化合物钛酸钡， BaTiO3 ，钛酸镨， PrTiO3 ，钛酸锶， SrTiO3 ，钛酸镧， LaTiO3 ， 硫化锌， ZnS，冰晶石， Na3AlF6 ，硒化锌，ZnSe ，硫化镉，硫化钼，硫化铜， 二硅化钼。辅料钼片，钼舟、钽片、钨片、钨舟、钨绞丝。溅射靶材纯度： 99.9%-99.999% 金属靶材镍靶 Ni 靶、钛靶 Ti 靶、锌靶 Zn 靶、铬靶 Cr 靶、镁靶 Mg 靶、铌靶 Nb 靶、锡靶 Sn 靶、铝靶 Al 靶、铟靶 In 靶、铁靶Fe 靶、锆铝靶 ZrAl 靶、钛铝靶 Ti

12、Al 靶、锆靶 Zr 靶、硅靶Si 靶、铜靶 Cu 靶、钽靶 Ta 靶、锗靶 Ge 靶、银靶 Ag 靶、钴靶 Co 靶、金靶 Au 靶、钆靶 Gd 靶、镧靶 La 靶、钇靶 Y靶、铈靶 Ce 靶、铪靶 Hf 靶、钼靶 Mo 靶、铁镍靶 FeNi 靶、V 靶、W 靶、不锈钢靶、镍铁靶、铁钴靶、镍铬靶、铜铟镓靶、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、氧化铬靶、氧化锌靶、硫化锌靶、硫化镉靶，硫化钼靶，二氧化硅靶、一氧化硅靶、氧化铈靶、二氧化锆靶、五氧化二铌靶、二氧化钛靶、二氧化锆靶，二氧化铪靶， 二硼化钛靶，二硼化锆靶，三氧化钨靶，三氧化二

13、铝靶，五氧化二钽靶，五氧化二铌靶、氟化镁靶、氟化钇靶、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，铌酸锂靶、钛酸镨靶、钛酸钡靶、钛酸镧靶、氧化镍靶等陶瓷溅射靶材。真空镀膜安全操作规程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，应特别留意高压电线接头，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 眼镜，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

14、应在通风装置内进展，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。寻常酸洗槽盆应加盖。8. 工作完毕应断电、断水。常见涂层及性能优点镀膜种类TiN 氮化钛TiCN氮碳化钛ALTiN铝氮化钛性 能颜色：金色 硬度：2300HV摩擦系数：0.23VSNi 最高工作温度：580颜色：银灰色硬度：3300HV摩擦系数：0.21VSNi 最高工作温度：450颜色：紫黑色硬度：3500HV摩擦系数：0.35VSNi 最高工作温度：800优 点增加外表硬度、削减摩擦力可低温涂层，适合低温零件避开刀口之积屑现象广泛应用於钢料成型加工高外表硬度外表光滑避开刀口之积屑现象适合重切削

15、适合冲压加工不銹钢高热稳定性适合高速、干式切削最适合硬质合金刀具、车刀片适合不銹钢钻、铣、冲加工Crotac钛铬_纳米晶体颜色：银灰色可低温涂层，韧性好，适合低温硬度：2100HV零件摩擦系数：0.18VSNi适合冲压厚度1.5mm 的钢板最高工作温度：700ALuka铬铝_纳米晶体颜色：灰黑色硬度：3300HV摩擦系数：0.18VSNi 最高工作温度：1100高热稳定性磨擦力低，不沾黏适合冷热段造、铸造高热稳定性适合长期在高温环境下使用的汽车零件CrSiN 系铬硅_纳米晶体ZrSiN 系锆硅_纳米晶体TiSiN 系钛硅_纳米晶体颜色：灰黑色硬度：3000HV 膜具高速加工，高光面加工摩擦系数

16、：0.16VSNi 适合加工铜合金、镁铝合金抗氧化温度：1000颜色：紫黑色硬度：3400HV最适合 HSS 刀具、丝攻摩擦系数：0.22VSNi适合加工钛合金抗氧化温度：850颜色：黄橙色外表硬度最高硬度：4300HV适合重切削与加工不銹钢摩擦系数：0.25VSNi可加工高硬度模具钢 62HRC 抗氧化温度：1000颜色：银白色ALtimax硬度：4300HV白金铝钛_纳米晶体 摩擦系数：0.21VSNi抗氧化温度：1200高热稳定性通用於高速钢与硬质合金刀具高速、干式、连续性切削可加工高硬度模具钢 50HRCMedica WC/C 润滑涂层颜色：黑色硬度硬度17000 HV 磨擦力最低，干式金属润滑膜摩擦系数：0.10VSNi 适合医疗、药品德业无油环境最高工作温度：450颜色：黑色解决射出成型脱膜、腐蚀问题Drylub硬度2022 HV适合汽车、机械零件降低磨擦损耗CrN-WC/C 润滑涂层 摩擦系数：0.10VSNi适合无油轴承，干式金属润滑膜最高工作温度：650