物理氣相沉積真空鍍膜設(shè)備介紹

1、物理氣相沉積真空鍍膜設(shè)備介紹（上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院電子信息材料系，上海 200444）摘要：本文主要介紹了五類(lèi)物理氣相沉積的真空鍍膜設(shè)備。五種設(shè)備分別為：電阻式蒸發(fā)裝置、電子束蒸發(fā)裝置、電弧蒸發(fā)裝置、激光蒸發(fā)裝置以及空心陰極蒸發(fā)裝置。介紹了相關(guān)設(shè)備的原理，優(yōu)缺點(diǎn)等。其中，著重列出了有關(guān)電子束蒸發(fā)裝置的其中一個(gè)應(yīng)用，是厚度為200m左右的獨(dú)立式的鐵鉻-Y2O3非晶態(tài)/晶態(tài)復(fù)合涂層的已經(jīng)從基板溫度500C左右的鐵鉻和氧化釔材料的電子束物理氣相沉積產(chǎn)生。Abstract:It describes the five physical vapor deposition vacuum coating

2、 equipment in this article.Five kinds of equipment are: resistive evaporation apparatus, an electron beam evaporation apparatus, arc evaporation apparatus, laser evaporation apparatus and a hollow cathode evaporation apparatus.It introduces the principle of related equipment, advantages and disadvan

3、tages. Emphatically identifies the electron beam evaporation apparatus in which an application.It is that Freestanding FeCrAl-Y2O3 amorphous/crystalline composite coating with a thickness of about 200nm has been produced from electron-beam physical vapor deposition of FeCrAl and yttria materials wit

4、h a substrate temperature of 500 around. 關(guān)鍵詞：電阻式蒸發(fā)裝置、電子束蒸發(fā)裝置、電弧蒸發(fā)裝置、激光蒸發(fā)裝置、空心陰極蒸發(fā)裝置Keyword :Resistive evaporation apparatus, an electron beam evaporation apparatus, arc evaporation apparatus, a laser evaporation apparatus, a hollow cathode evaporation device一、電阻式蒸發(fā)裝置 電阻式蒸發(fā)裝置的電加熱方法是鎢絲熱源，針對(duì)這種加熱方式，其主要的

5、特點(diǎn)在于：第一它主要用于塊狀材料的蒸發(fā)、可以在 2200K下工作；其次就是有污染；但儀器操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。電阻式蒸發(fā)裝置主要由難熔金屬蒸發(fā)舟：W, Ta, Mo等材料制作，它一般用于粉末、塊狀材料的蒸發(fā)。利用大電流通過(guò)一個(gè)連接著靶材材料的電阻器,將產(chǎn)生非常高的溫度,利用這個(gè)高溫來(lái)升華靶材材料。通常使用鎢(Tm=3380),鉭Ta(Tm=2980), 鉬Mo(Tm=2630) ,高熔點(diǎn)又能產(chǎn)生高熱的金屬,做成電阻器【1】。 電阻式蒸發(fā)裝置的加熱方式對(duì)被蒸發(fā)的物質(zhì)可以采取兩種方法，即普通的電阻加熱法和高頻感應(yīng)法。前者依靠纏于坩鍋外的電阻絲實(shí)現(xiàn)加熱，而后者依靠感應(yīng)線圈在被加熱的物質(zhì)中或在坩鍋中產(chǎn)生

6、出感應(yīng)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)物質(zhì)的加熱。在后者情況下，需要被加熱的物質(zhì)或坩鍋本身具有一定的導(dǎo)電性。 電阻器可以依被鍍物工件形狀,擺放方式,位置,腔體大小,旋轉(zhuǎn)方式,而作成不同的形狀。鍍膜主要的考慮因素,是讓靶材的蒸發(fā)分布均勻,能讓工件上面的沉積薄膜厚度均勻,鍍膜成品才能得到一致的光學(xué)功能。細(xì)絲狀的金屬靶材(Al, Ag, Au, Cr.)是最早被熱蒸鍍使用的靶材形式,后來(lái)則依不同需要,發(fā)展出舟狀,籃狀等各種形狀的電阻器。如圖1所示： 針對(duì)電阻式蒸發(fā)裝置，我們需要注意的是：（1） 避免被蒸發(fā)物質(zhì)與加熱材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性，可以考慮使用表 面涂有一層Al2O3的加熱體；（2） 防止被加熱物質(zhì)的放

7、氣過(guò)程可能引起的物質(zhì)飛濺。對(duì)于電阻式蒸發(fā)裝置，其優(yōu)點(diǎn)主要在于：（1）電阻式蒸鍍機(jī)設(shè)備價(jià)格便宜,構(gòu)造簡(jiǎn)單容易維護(hù)。（2）靶材可以依需要,做成各種的形狀。相對(duì)的，電阻式蒸發(fā)裝置其缺點(diǎn)也是蠻多的：（1）因?yàn)闊崃考皽囟仁怯呻娮杵鳟a(chǎn)生,并傳導(dǎo)至靶材,電阻器本身的材料難免會(huì) 在過(guò)程中參加反應(yīng),因此會(huì)有些微的污染,造成蒸發(fā)膜層純度稍差,傷害膜層 的質(zhì)量。 （2）熱阻式蒸鍍比較適合金屬材料的靶材,光學(xué)鍍膜常用的介電質(zhì)材料,因?yàn)檠?化物所需熔點(diǎn)溫度更高,大部分都無(wú)法使用電阻式加溫來(lái)蒸發(fā)。（3）蒸鍍的速率比較慢,且不易控制。（4）化合物的靶材,可能會(huì)因?yàn)楦邷囟环纸?只有小部分化合物靶材可以被閃 燃蒸鍍使用。（5

8、）電阻式蒸鍍的膜層硬度比較差,密度比較低。因此，由于電阻式蒸發(fā)裝置的缺點(diǎn)較多，一般在應(yīng)用的時(shí)候，很少使用到這種裝置來(lái)進(jìn)行高空蒸發(fā)鍍膜。2、 電子束蒸發(fā)裝置 電阻加熱裝置的缺點(diǎn)之一是來(lái)自坩堝、加熱元件以及各種支撐部件的可能的污染。另外，電阻加熱法的加熱功率或加熱溫度也有一定的限制。因此其不適用于高純或難熔物質(zhì)的蒸發(fā)。電子束蒸發(fā)裝置正好克服了電阻加熱法的上述兩個(gè)不足。在電子束加熱裝置中，被加熱的物質(zhì)被放置于水冷的坩堝中，電子束只轟擊到其中很少的一部分物質(zhì)，而其余的大部分物質(zhì)在坩堝的冷卻作用下一直處于很低的溫度，即后者實(shí)際上變成了被蒸發(fā)物質(zhì)的坩堝。因此，電子束蒸發(fā)沉積裝置中可以安置多個(gè)坩堝，這使得人

9、們可以同時(shí)分別蒸發(fā)和沉積多種不同的物質(zhì)應(yīng)用各種材料，如高熔點(diǎn)氧化物，高溫裂解BN、石墨、難熔金屬硅化物等制成的坩鍋也可以作為蒸發(fā)容器。這時(shí)，對(duì)被蒸發(fā)的物質(zhì)可以采取兩種方法，即普通的電阻加熱法和高頻感應(yīng)法。前者依靠纏于坩鍋外的電阻絲實(shí)現(xiàn)加熱，而后者依靠感應(yīng)線圈在被加熱的物質(zhì)中或在坩鍋中產(chǎn)生出感應(yīng)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)物質(zhì)的加熱。在后者情況下，需要被加熱的物質(zhì)或坩鍋本身具有一定的導(dǎo)電性。 電子束蒸發(fā)裝置的電子束加熱槍由燈絲、加速電極以及偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)組成。電子束蒸發(fā)設(shè)備的核心是偏轉(zhuǎn)電子槍?zhuān)D(zhuǎn)電子槍是利用具有一定速度的帶點(diǎn)粒子在均勻磁場(chǎng)中受力做圓周運(yùn)動(dòng)這一原理設(shè)計(jì)而成的。其結(jié)構(gòu)由兩部分組成：一是電子槍用來(lái)射高

10、速運(yùn)動(dòng)的電子；二是使電子做圓周運(yùn)動(dòng)的均勻磁場(chǎng)。 電子束蒸發(fā)的特點(diǎn)主要有：（1）工作真空度比較高，可與離子源聯(lián)合使用；（2）可用于粉末、塊狀材料的蒸發(fā)；（3）可以蒸發(fā)金屬和化合物；（4）可以比較精確地控制蒸發(fā)速率；（5）電離率比較低。 圖2 電子束蒸發(fā)裝置示意圖電子束裝置的電子束絕大部分能量要被坩堝的水冷系統(tǒng)帶走，因而其熱效率較低。另外，過(guò)高的加熱功率也會(huì)對(duì)整個(gè)薄膜沉積系統(tǒng)形成較強(qiáng)的熱輻射。由于電子束自身高能量等原因，所以，電子束蒸發(fā)對(duì)源材料的要求也會(huì)比較高。首先，熔點(diǎn)肯定要高。蒸發(fā)材料的蒸發(fā)溫度多數(shù)在10002000之間，所以加熱源材料的熔點(diǎn)必須高于此溫度。其次，飽和蒸汽壓要低。這是為了防止或

11、減少在高溫下加熱材料，隨蒸發(fā)材料一起蒸發(fā)而成為雜質(zhì)進(jìn)入淀積膜，只有當(dāng)加熱材料的飽和蒸發(fā)氣壓足夠低，才能保證在蒸發(fā)過(guò)程中具有最小的自蒸量，而不致于影響真空度，不產(chǎn)生對(duì)薄摸污染的蒸發(fā)。最后，化學(xué)性能要穩(wěn)定。加熱材料在高溫下不應(yīng)與蒸發(fā)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如果加熱材料和蒸發(fā)形成工熔點(diǎn)合金，則會(huì)降低加熱材料的壽命。電子束物理氣相沉積的應(yīng)用：Freestanding FeCrAl-Y2O3 Amorphous/Crystalline Composite Coating Fabricated by Electron-Beam Physical Vapor Deposition摘要：Freestanding F

12、eCrAl-Y2O3 amorphous/crystalline composite coating with a thickness of about 200um has been produced from electron-beam physical vapor deposition of FeCrAl and yttria materials with a substrate temperature of 500 around. The microstructure was composed of columnar grains near the substrate side and

13、an amorphous top layer. Local crystallization occurred during room temperature preservation. It is inferred that the crystallization activation energy of the material is very low.非晶涂層具有優(yōu)異的耐腐蝕性【1】，高彈性模量，更好的耐磨性【2-3】，以及獨(dú)特的磁特性等許多優(yōu)點(diǎn)【4】。目前，金屬玻璃涂層的大多是用磁控濺射法制作出來(lái)的，每分鐘幾納米的增長(zhǎng)速度【5-6】。電子束物理氣相沉積（EBPVD）是一種將制作涂層用每分

14、鐘幾微米的沉積速率的更有效的方法。通過(guò)電子束物理氣相沉積（EBPVD）技術(shù)所提供的高效率可以有利于制造耐磨損性或耐腐蝕性的無(wú)定形涂層的其工業(yè)應(yīng)用。但是，一直沒(méi)有使用EBPVD制造非晶涂層的任何報(bào)告。實(shí)驗(yàn)方法：直徑98.5毫米FeCrAlTi(Fe-19.7Cr-5.3Al-5.5Ti)錠和直徑68.5毫米的Y2O3錠放入二水冷銅坩堝，同時(shí)由兩個(gè)獨(dú)立的電子束蒸發(fā)。襯底放置在遠(yuǎn)離錠的表面350mm處。利用電子束電流預(yù)熱錠直至明顯的穩(wěn)定熔化物在晶棒的頂端逐漸增加，則去除沉積阻擋板，沉積開(kāi)始。FeCrAlTi與Y2O3電子束電流分別控制在1.3A和0.5 A，在沉積過(guò)程中，大約有0.05A的誤差范圍。

15、當(dāng)?shù)矸e期間基片溫度從440C逐漸升高至560C，不提供額外的加熱器到襯底上。沉積持續(xù)約15分鐘。平均沉積速率是大約13um /min。沉積之前的加熱斜率約38/min，沉積后的基片冷卻速度為約為47/min。實(shí)驗(yàn)討論： 圖3 XRD patterns of the foil.(a) amorphous/crystalline composite coating; (b) crystalline coating.擇優(yōu)選取非晶/結(jié)晶復(fù)合涂層（100）方向的XRD圖，可以看出，作為用于復(fù)合涂層的沉積表面?zhèn)?，沒(méi)有結(jié)晶峰被檢測(cè)到。一般當(dāng)涂料被沉積在低的襯底溫度下，不容易結(jié)晶化，在XRD圖案沒(méi)有晶體結(jié)構(gòu)峰

16、，所以可以推測(cè)非晶形層形成在沉積表面上。 圖4 SEM pictures of surface morphology. (a) the amorphous/crystalline composite coating; (b)the crystalline coating.對(duì)沉淀物的表面形態(tài)進(jìn)行了SEM觀察。（a）示出的無(wú)定形涂層的結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)于X射線衍射圖案沒(méi)有在上圖XRD幾個(gè)平行槽陣列與某些取向沉積物的表面上中無(wú)任何衍射峰。在頂部無(wú)結(jié)晶形態(tài)發(fā)現(xiàn)。（b）示出了EBPVD頂部形態(tài)制造的晶體涂層（XRD圖是在圖B中所示），在頂部視圖明確的有晶粒觀察到。兩個(gè)樣品中制造方法相同，并且唯一的差別是它們?cè)诨?/p>

17、材上的位置。因?yàn)樵诨系奈恢檬敲芮邢嚓P(guān)的蒸氣入射角，從而蒸氣入射角取為具有非晶層的形成具有重要影響。 圖5 Cross-sectional morphology of the amorphous/crystalline composite coating. (a) highmagnification; (b) low magnification. 橫截面的形態(tài)示于上圖。箔是由柱狀晶粒在靠近基底一側(cè)和非晶相約12mm厚的沉積表面的頂部層構(gòu)成。G.邵等人報(bào)告了金屬間的Ti-50AL-10CR涂層的Ti-50AL襯底磁控濺射，其特征在于非晶相的初始層約2mm厚和一個(gè)柱狀微觀上的微觀結(jié)構(gòu)【7】。 圖

18、6 AFM images of coating surfaces. (a) amorphous/crystalline composite coating. (b)crystalline coating. 上圖展示出的是兩個(gè)無(wú)定形和結(jié)晶的表面的AFM圖像。非晶表面是比結(jié)晶表面平滑得多。在400平方微米的面積的無(wú)定形表面的平均粗糙度為23.8納米，而值為145.2毫微米的結(jié)晶表面。 在同一基板上，形成無(wú)定形的頂層在某些位置，而完全結(jié)晶沉積形成在其他位置。用于與無(wú)定形的頂層的位置，X射線衍射圖案檢查在鄰近襯底側(cè)示出了（300）擇優(yōu)取向（圖3的（a）。而對(duì)于與晶體表面上的位置時(shí)，X射線衍射圖案顯示（

19、110）擇優(yōu)取向（圖3的（b）。與其他類(lèi)型的質(zhì)地位置比較了（100）擇優(yōu)取向上的立場(chǎng)是平坦光滑的頂形態(tài)。蒸汽入射角影響紋理和表面形態(tài)的類(lèi)型,在我們以前的工作也有觀察到【8】。 沉積物在EBPVD工藝的生長(zhǎng)取為外延生長(zhǎng)，如果基板溫度低時(shí)，所述沉積物是無(wú)定形的。如果基板溫度高時(shí)，所述沉積物是結(jié)晶的。在這項(xiàng)工作中，500的基板溫度是接近臨界溫度，以形成無(wú)定形的沉淀物。當(dāng)他們?cè)谝r底上初始形成，所述沉積物是無(wú)定形的。氣 - 固轉(zhuǎn)變是放熱過(guò)程，這有助于在先前沉積的局部結(jié)晶。而在沉積過(guò)程持續(xù)約15分鐘，所以以前的沉淀物保持在500約15分鐘。這有助于進(jìn)一步完成先前沉積的結(jié)晶。因此，在如圖5所示的橫截面形態(tài)，

20、襯底，這是對(duì)應(yīng)于先前沉積靠近側(cè)面，是結(jié)晶良好的。作為頂層，沉積后的溫度降低，沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行結(jié)晶，所以形成大約12um的非晶層。 已經(jīng)知道幾十年來(lái)，快速，低溫堆積需要制備高能量猝滅熱力學(xué)不穩(wěn)定的混合物。但在最近的工作由Swallen等人進(jìn)行的【9】。有人提議，緩慢沉積具有約50K下面的常規(guī)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度相對(duì)較高的基體溫度將有助于獲得非晶質(zhì)物質(zhì)具有更好的穩(wěn)定性。較高的襯底溫度可以幫助表面分子/原子重新排列，以平衡和景觀實(shí)現(xiàn)更低的能量【10-11】。也有人報(bào)告說(shuō)，通過(guò)物理氣相沉積過(guò)程到保持在受控溫度的基板，可以克服一些出現(xiàn)在傳統(tǒng)的玻璃形成由從液體冷卻動(dòng)力學(xué)瓶頸，并且創(chuàng)建顯示出非凡的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性

21、玻璃狀材料【12】。 在這項(xiàng)工作中，獨(dú)立式的鐵鉻-Y2O3非晶態(tài)/晶態(tài)復(fù)合涂層是通過(guò)電子束物理氣相沉積方法可以實(shí)現(xiàn)。該箔是由晶鐵素體ODS合金為基體和鐵鉻鋁，Y2O3非晶涂層（約12um厚）的頂層共同組成。鐵鉻-Y2O3非晶涂層首次報(bào)道利用EBPVD法在襯底溫度高達(dá)500來(lái)實(shí)現(xiàn)。三、電弧蒸發(fā)裝置 圖3 電弧蒸發(fā)裝置示意圖 電弧蒸發(fā)裝置也具有能夠避免電阻加熱材料或坩堝材料的污染，加熱溫度較高的特點(diǎn)，特別適用于熔點(diǎn)高，同時(shí)具有一定導(dǎo)電性的難熔金屬、石墨等的蒸發(fā)。同時(shí)，這一方法所用的設(shè)備比電子束加熱裝置簡(jiǎn)單，因此是一種較為廉價(jià)的蒸發(fā)裝置，現(xiàn)今很多蒸發(fā)鍍膜法均采用電弧蒸發(fā)裝置。電弧離子鍍膜技術(shù)是以金屬

22、等離子體弧光放電為基礎(chǔ)的一種高效鍍膜技術(shù)；它的電弧源由靶(導(dǎo)電材料)、約束磁場(chǎng)、弧電極以及觸發(fā)電極組成。電弧蒸發(fā)裝置的原理把將要蒸發(fā)的材料制成放電電極（陽(yáng)極，位于蒸發(fā)靶靶頭位置），薄膜沉積前，調(diào)整電極（被蒸發(fā)材料）和引弧針頭（陰極，通常直徑為1mm的短銅條）之間的距離至一合適范圍（通常不超過(guò)0.8mm）。薄膜沉積時(shí)，施加于放電電極和引弧針頭之上的工作電壓將兩者之間的空氣擊穿，產(chǎn)生電弧，而瞬間的高溫電弧使得電極端部（被蒸發(fā)材料）受熱產(chǎn)生蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的沉積?？刂齐娀∫嫉拇螖?shù)或時(shí)間，即可沉積出一定厚度的薄膜。電弧蒸發(fā)裝置的特點(diǎn)主要有：（1）等離子體的電離率高達(dá)70%；（2）可蒸發(fā)高熔點(diǎn)導(dǎo)電材

23、料，如C、Ta等；（3）有部分金屬液滴；（4）可在活性氣氛下工作；電弧蒸發(fā)裝置的缺點(diǎn)主要有：（1）有大顆粒、粗糙度大； （2）在放電過(guò)程中容易產(chǎn)生微米量級(jí)大小的電極顆粒的飛濺，從而影響被沉積 薄膜的均勻性。 電弧蒸發(fā)裝置的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：（1）沉積速率高, 高達(dá)0.1m/min；（2）沉積能量可控、具有自清洗功能。針對(duì)電弧蒸發(fā)法，現(xiàn)在技術(shù)上已經(jīng)有很多改進(jìn)，其中之一是電弧過(guò)濾技術(shù)。通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體的控制，可以顯著降低薄膜中的大顆粒；另一種是脈沖偏壓技術(shù)，利用等離子體塵埃帶負(fù)電的特點(diǎn)，通過(guò)脈沖偏壓的動(dòng)態(tài)等離子體殼層控制塵埃顆粒沉積。沉積效率降低比較小。脈沖偏壓過(guò)濾可以實(shí)現(xiàn)

24、化合物的低溫沉積(TiN，低于200)；可以改善薄膜的力學(xué)性能；但對(duì)特別大的顆粒過(guò)濾效果不理想。四、激光蒸發(fā)裝置 使用高功率的激光束作為能源進(jìn)行薄膜的蒸發(fā)沉積的方法就被稱(chēng)為激光蒸發(fā)沉積法。顯然，這種方法也具有加熱溫度高，可避免坩堝污染，材料的蒸發(fā)速率高，蒸發(fā)過(guò)程容易控制等優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)際應(yīng)用中，多使用位于紫外波段的脈沖激光器作為蒸發(fā)的光源，如波長(zhǎng)為248nm、脈沖寬度為20ns的KrF（氟化氪）準(zhǔn)分子激光等。由于在蒸發(fā)過(guò)程中，高能激光光子可在瞬間將能量直接傳遞給被蒸發(fā)物質(zhì)的原子，因而激光蒸發(fā)法產(chǎn)生的粒子能量一般顯著高于普通的蒸發(fā)方法。脈沖激光沉積(PLD)的加熱源是脈沖激光(準(zhǔn)分子激光器)。激光的

25、波長(zhǎng)越短，光子能量越大，效率越高，雖然不要求高真空，但激光器價(jià)格昂貴。 圖7 激光蒸發(fā)裝置裝置示意圖 在激光加熱方法中，需要采用特殊的窗口材料將激光束引入真空室中，并要使用透鏡或凹面鏡等將激光束聚焦至被蒸發(fā)材料上。激光加熱法特別適用于蒸發(fā)那些成分比較復(fù)雜的合金或化合物材料，例如近年來(lái)研究比較多的高溫超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7，以及鐵電陶瓷、鐵氧體薄膜等。這是因?yàn)椋吣芰康募す馐梢栽谳^短的時(shí)間內(nèi)將物質(zhì)的局部加熱至極高的溫度并產(chǎn)生物質(zhì)的蒸發(fā)，在此過(guò)程中被蒸發(fā)出來(lái)的物質(zhì)仍能保持其原來(lái)的元素比例。 激光蒸發(fā)法也存在著產(chǎn)生微小的物質(zhì)顆粒飛濺，影響薄膜均勻性的問(wèn)題。PLD的特點(diǎn)一般是以下幾點(diǎn)：（1）蒸氣

26、的成分與靶材料基本相同，沒(méi)有偏析現(xiàn)象；（2）蒸發(fā)量可以由脈沖的數(shù)量定量控制；有利于薄膜厚度控制；（3）沉積原子的能量比較高，一般10 20eV;（4）由于激光能量密度的限制，薄膜均勻性比較差；5、 空心陰極蒸發(fā)裝置 空心陰極蒸發(fā)裝置的原理與電子束蒸發(fā)裝置較為相似。在中空金屬Ta管制成的陰極和被蒸發(fā)物質(zhì)制成的陽(yáng)極之間加上一定幅度的電壓，并在Ta管內(nèi)通入少量的Ar氣時(shí)，可在陰陽(yáng)兩極之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象。這時(shí)，Ar離子的轟擊會(huì)使Ta管的溫度升高并維持在2000K以上的高溫下，從而能夠發(fā)射出大量的熱電子。將熱電子束從Ta管內(nèi)引出并轟擊陽(yáng)極，即可導(dǎo)致物質(zhì)的熱蒸發(fā)，并在襯底上沉積出薄膜。 圖8 空心陰極電弧蒸

27、發(fā)裝置示意圖 空心陰極蒸發(fā)裝置可以提供數(shù)安培至數(shù)百安培的高強(qiáng)度電子流，因而可以提高薄膜的沉積速度。大電流蒸發(fā)使蒸發(fā)出來(lái)的物質(zhì)原子進(jìn)一步發(fā)生部分的離化，從而生成大量的被蒸發(fā)物質(zhì)的離子。這樣，若在陽(yáng)極與襯底之間加上一定幅度的偏置電壓的話，即可以使被蒸發(fā)物質(zhì)的離子轟擊襯底，從而影響薄膜的沉積過(guò)程，改善薄膜的微觀組織。與上述多種蒸發(fā)方法不同，空心陰極在工作時(shí)需要維持有110-2Pa的氣壓條件。另外。空心陰極在產(chǎn)生高強(qiáng)度電子流的同時(shí)，也容易產(chǎn)生陰極的損耗和蒸發(fā)物質(zhì)的飛濺。綜述 除激光法、電壓偏置情況下的空心陰極之外，多數(shù)蒸發(fā)方法的共同特點(diǎn)之一，是其蒸發(fā)和參與沉積的物質(zhì)粒子只具有較低的能量。下面列出了蒸發(fā)

28、法涉及到的粒子能量的典型值以及其與物質(zhì)鍵合能之間的比較。顯然，與物質(zhì)鍵合能相比，一般蒸發(fā)法獲得的粒子能量較低，在薄膜沉積過(guò)程中所起的作用較小。因此在許多情況下，需要采用某些方法提高入射到襯底表面的粒子的能量。 表1蒸發(fā)粒子能量與物質(zhì)鍵合能的比較參考文獻(xiàn)：【1】王恩信； 荊玉蘭； 王鵬程； 宋艷；NTC熱敏電阻器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)【2】X. B. Liang, J. B. Cheng, J. Y. Bai and B. S. Xu, Erosion properties of Fe based amorphous/nanocrystalline coatings prepared by wire

29、arc spraying process. Surf. Eng. 26(2010) 209-215.【3】B. Y. Fu, D. Y. He, L. D. Zhao and X. Y. Li, Microstructure characterisation and wear properties of arc sprayed NiB containing amorphous coatings. Surf. Eng. 25(2009) 326-332.【4】G. L. Hou, Y. L. An, X. Q. Zhao, J. Chen, J. M. Chen, H. D. Zhou and

30、G. Liu, Effect of heat treatment on wear behaviour of WC-(W,Cr)2C-Ni coating prepared by high velocity oxy-fuel spraying. Surf. Eng. 28(2012) 786-790.【5】Q. J. Zhu, X. H. Wang, S. Y. Qu and Z. D. Zou, Microstructure and wear properties of laser clad Fe based amorphous composite coatings. Surf. Eng. 25(2009) 201-205.【6】C. W. Chu, J. S. C. Jang, G. J. Chen and S. M. Chiu, Characteristic studies on the Zr-based metallic glass thin film fabricated by magnetron sputtering process. Surf. Coat. Tech. 202(2008) 5564-5566.【7】S. Z. Wang, G. Shao, P. Tsakiropoulos and F