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1、物理氣相沉積技術(shù)(PVD)氣相沉積氣相沉積:利用氣相之間的反應(yīng)在基體上形成一利用氣相之間的反應(yīng)在基體上形成一層功能膜的技術(shù)。層功能膜的技術(shù)。發(fā)展發(fā)展:19701970年前,稱為年前,稱為干鍍干鍍19801980,廣泛用于電子、裝飾,刀具(硬涂層),廣泛用于電子、裝飾,刀具(硬涂層)近近2020年,隨電子器件及尖端科學(xué)發(fā)展,發(fā)展迅速年,隨電子器件及尖端科學(xué)發(fā)展,發(fā)展迅速定義:定義:在在真空真空條件下,利用各種條件下,利用各種物理方法物理方法產(chǎn)生的產(chǎn)生的原子或分子沉積在基體上,形成薄膜或涂層的過(guò)原子或分子沉積在基體上,形成薄膜或涂層的過(guò)程稱為物理氣相沉積程稱為物理氣相沉積分類:分類:真空蒸鍍、濺射

2、鍍膜、離子鍍膜和分子束真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍膜和分子束外延鍍膜外延鍍膜應(yīng)用:應(yīng)用:機(jī)械、機(jī)械、航空、電子、輕工、光學(xué)等制備耐航空、電子、輕工、光學(xué)等制備耐 磨、耐蝕、耐熱、導(dǎo)電、磁性、光學(xué)、裝磨、耐蝕、耐熱、導(dǎo)電、磁性、光學(xué)、裝 飾、潤(rùn)滑、壓電和超導(dǎo)等飾、潤(rùn)滑、壓電和超導(dǎo)等各種鍍層各種鍍層。(1 1)物理氣相沉積)物理氣相沉積(PVDPhysical Vapour Deposition)塊狀材料 (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)能量襯底襯底以氣態(tài)方式進(jìn)行以氣態(tài)方式進(jìn)行氣態(tài)氣態(tài)PVD的物理原理的物理原理PVD簡(jiǎn)介“物理氣相沉積物理氣相沉積” 通常指滿足下面三個(gè)步驟通常指滿足下

3、面三個(gè)步驟的一類薄膜生長(zhǎng)技術(shù)的一類薄膜生長(zhǎng)技術(shù):1.所生長(zhǎng)的材料以物理的方式由固體轉(zhuǎn)化為氣體2.生長(zhǎng)材料的蒸汽經(jīng)過(guò)一個(gè)低壓區(qū)域到達(dá)襯底3.蒸汽在襯底表面上凝結(jié),形成薄膜SubstrateSubstrateSubstrateSubstrateSubstrate原子團(tuán)簇原子團(tuán)簇島島薄膜薄膜熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)PVD所需實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)配置靶材襯底真空室真空泵厚度監(jiān)控儀充氣管道反應(yīng)氣體管道Plume實(shí)驗(yàn)條件高真空 (HV)高純材料清潔和光滑的襯底表面提供能量的電源物理氣相沉積蒸發(fā)鍍膜濺射鍍膜離子鍍膜一、 真空蒸發(fā)鍍概念概念: 真空蒸發(fā)鍍是將被鍍工件放在真空室,并用一定方法加熱使鍍膜材料(簡(jiǎn)真空蒸發(fā)鍍是將被鍍工

4、件放在真空室,并用一定方法加熱使鍍膜材料(簡(jiǎn)稱膜料)蒸發(fā)或升華飛至工件表面凝聚成膜。稱膜料)蒸發(fā)或升華飛至工件表面凝聚成膜。* * 主要過(guò)程主要過(guò)程: 1 1、蒸發(fā)、蒸發(fā) 2 2、汽化粒子的輸運(yùn)(源基距平均自由程)、汽化粒子的輸運(yùn)(源基距平均自由程) 3 3、凝聚、生長(zhǎng)過(guò)程、凝聚、生長(zhǎng)過(guò)程1、蒸發(fā)過(guò)程蒸發(fā)速率:蒸發(fā)速率: Gm Gm4.384.38* *10103 3P PS S(Ar/T(Ar/T)0.50.5 確定材料的飽和蒸汽壓確定材料的飽和蒸汽壓P PS S ,T T GmGm 確定材料的飽和蒸汽壓確定材料的飽和蒸汽壓P PS S ,GmGm T T 蒸汽粒子的蒸汽粒子的空間分布空間分

5、布蒸發(fā)源蒸發(fā)源膜料膜料點(diǎn),平面點(diǎn),平面類型類型物性物性加熱條件加熱條件2、蒸發(fā)方式(蒸發(fā)源類型)1、電阻加熱蒸發(fā)方式電阻加熱蒸發(fā)方式2 2、電子束加熱蒸發(fā)電子束加熱蒸發(fā)方式方式3 3、高頻加熱蒸發(fā)方式、高頻加熱蒸發(fā)方式4 4、激光加熱蒸發(fā)方式、激光加熱蒸發(fā)方式 優(yōu)點(diǎn):可用于高熔點(diǎn)膜材,蒸發(fā)速率高優(yōu)點(diǎn):可用于高熔點(diǎn)膜材,蒸發(fā)速率高膜料與電阻絲不直接接觸膜料與電阻絲不直接接觸3、凝聚、生長(zhǎng)過(guò)程表面現(xiàn)象:表面現(xiàn)象:被吸附粒子的凝聚、生長(zhǎng)過(guò)程:被吸附粒子的凝聚、生長(zhǎng)過(guò)程: 原子表面擴(kuò)散原子表面擴(kuò)散 ,發(fā)生碰撞,形成原子簇團(tuán);,發(fā)生碰撞,形成原子簇團(tuán); 原子超過(guò)臨界值,形成穩(wěn)定核;原子超過(guò)臨界值,形成穩(wěn)

6、定核; 穩(wěn)定核合并;穩(wěn)定核合并; 晶核長(zhǎng)大;晶核長(zhǎng)大; 生成連續(xù)膜或納米粒子。生成連續(xù)膜或納米粒子。反射反射吸附吸附再蒸發(fā)再蒸發(fā)動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡1、電阻式熱蒸發(fā)、電阻式熱蒸發(fā)將用高熔點(diǎn)金屬將用高熔點(diǎn)金屬(W, Mo, Ta, Nb)制成的加熱絲制成的加熱絲或舟通上直流電,利用歐姆熱加熱或舟通上直流電,利用歐姆熱加熱材料材料常用蒸發(fā)源加熱絲加熱舟坩堝盒狀源(Knudsen Cell)將用絕緣材料將用絕緣材料(quartz, graphite, alumina, beryllia, zirconia)制成的坩堝通上射頻交流電,利用電磁感應(yīng)加熱材制成的坩堝通上射頻交流電,利用電磁感應(yīng)加熱材料料2、高

7、頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)、高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)特點(diǎn):加熱均勻特點(diǎn):加熱均勻3、電子束蒸發(fā)用高能聚焦的電子束熔解并蒸發(fā)材料用高能聚焦的電子束熔解并蒸發(fā)材料電子束蒸發(fā)方法電子束蒸發(fā)方法:電子束加熱原理:是基于電子在電場(chǎng)作用下,獲得動(dòng)能轟擊處于陽(yáng)極的蒸發(fā)材料,使蒸發(fā)材料加熱氣化 被蒸發(fā)的材料是放在水冷的坩堝中,因而可以避免容器材料的蒸發(fā),不與坩堝材料交叉污染,清潔。 只有小塊區(qū)域被電子束轟擊 - 坩堝內(nèi)部形成一個(gè)虛的“坩堝” - “skulling” 可以制備難熔金屬薄膜,如W,Mo,Ge等和氧化物薄膜,如SiO2,Al2O3等.特別是制備高純度薄膜. 可用于粉末、塊狀材料的蒸發(fā) 可以比較精確地控制蒸發(fā)速率; 電

8、離率比較低電子束蒸發(fā)的特點(diǎn)常用蒸發(fā)材料形態(tài)E-GunCrucibleSubstrate fixture4、脈沖激光沉積用高能聚焦激光束轟擊靶材1、激光束的斑點(diǎn)很小,蒸發(fā)只發(fā)生在光斑周圍的局部區(qū)域,2、可以避免坩堝材料對(duì)蒸發(fā)材料的污染,提高薄膜純度, 激光加熱源,功率密度高,可以蒸發(fā)任何高熔點(diǎn)的材料,沉積含有不同熔點(diǎn)材料的化合物薄膜可保證成分的比例,特別適合于蒸發(fā)那些成分比較復(fù)雜的合金或化合物材料.蒸氣的成分與靶材料基本相同,沒(méi)有偏析現(xiàn)象3、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;4、光束滲透深度小 100 A, 蒸發(fā)只發(fā)生在靶材表面5、由于激光能量密度的限制,薄膜均勻性比較差;6、

9、不要求高真空,但激光器價(jià)格昂貴真空蒸發(fā)鍍工藝1 1、一般工藝、一般工藝 鍍前準(zhǔn)備抽真空離子轟擊一烘烤一預(yù)熱一蒸發(fā)鍍鍍前準(zhǔn)備抽真空離子轟擊一烘烤一預(yù)熱一蒸發(fā)鍍一取件鍍后處理一檢測(cè)一成品。一取件鍍后處理一檢測(cè)一成品。2 2、合金蒸發(fā)鍍工藝、合金蒸發(fā)鍍工藝 ( (蒸汽壓不同導(dǎo)致組分偏離蒸汽壓不同導(dǎo)致組分偏離) )(1 1)多源同時(shí)蒸發(fā)法)多源同時(shí)蒸發(fā)法 (2 2)瞬源同時(shí)蒸鍍法(閃蒸法)瞬源同時(shí)蒸鍍法(閃蒸法) 清洗、清洗、蒸發(fā)源蒸發(fā)源表面表面清洗清洗除吸附除吸附氣體氣體提高基提高基體活性體活性立式蒸發(fā)鍍膜機(jī)蒸發(fā)鍍膜制品二、 濺射鍍( (一)概念一)概念 用用高能粒子高能粒子轟擊轟擊固體表面固體表面

10、,通過(guò)能量傳遞使固體的原子或分子逸出表面并,通過(guò)能量傳遞使固體的原子或分子逸出表面并沉積在沉積在基片或工件表面基片或工件表面形成薄膜的方法稱為濺射鍍膜。形成薄膜的方法稱為濺射鍍膜。( (二)鍍膜原理二)鍍膜原理 1.1.離子束濺射:指離子束濺射:指真空狀態(tài)真空狀態(tài)下用下用離子束離子束轟擊轟擊靶表面靶表面,使濺射出的粒子在基片表,使濺射出的粒子在基片表面成膜。面成膜。 2. 2.陰極濺射:利用陰極濺射:利用低壓氣體低壓氣體的異常的異常輝光放電輝光放電產(chǎn)生的產(chǎn)生的陽(yáng)離子陽(yáng)離子,在電極作用下高速,在電極作用下高速?zèng)_向沖向陰極(耙材),陰極(耙材),以致對(duì)靶材表面產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的濺射作用,并使濺射出以致

11、對(duì)靶材表面產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的濺射作用,并使濺射出的粒子沉積到的粒子沉積到基片或工件基片或工件上成膜,是把上成膜,是把基片或工件作為陽(yáng)極基片或工件作為陽(yáng)極。靶材靶材u 濺射機(jī)理 濺射完全是動(dòng)能的交換過(guò)程。入射離子最初撞擊靶體表面上的原子時(shí),產(chǎn)生彈性碰撞,它的動(dòng)能傳遞給靶表面的原子,該表面原子獲得的動(dòng)能再向靶內(nèi)部原子傳遞,經(jīng)過(guò)一系列的碰撞過(guò)程即級(jí)聯(lián)碰撞,其中某一個(gè)原子獲得指向靶表面外的動(dòng)量,并且具有了克服表面勢(shì)壘(結(jié)合能)的能量,它就可以溢出靶面而成為濺射原子。l 在濺射過(guò)程中,通過(guò)動(dòng)量傳遞,在濺射過(guò)程中,通過(guò)動(dòng)量傳遞,95%的離子能量作為熱量而被損耗,僅有的離子能量作為熱量而被損耗,僅有5%的能量傳

12、遞的能量傳遞給二次發(fā)射的粒子。給二次發(fā)射的粒子。l濺射的中性粒子濺射的中性粒子:二次電子二次電子:二次離子二次離子=100:10:1入射粒子引起靶材表面入射粒子引起靶材表面原子的級(jí)聯(lián)碰撞示意圖原子的級(jí)聯(lián)碰撞示意圖離子束濺射工藝昂貴工藝昂貴濺射過(guò)程的物理模型陰極濺射鍍膜原理示意圖1-高壓屏蔽 2-高壓線3-基片 4-鐘罩5-陰極屏蔽6-陰極 (靶材)7-陽(yáng)極陽(yáng)極8-加熱器加熱器9-Ar進(jìn)口進(jìn)口 10-加熱電源加熱電源 11-至真空系統(tǒng)至真空系統(tǒng)12-高壓電源高壓電源陰極濺射主要過(guò)程:陽(yáng)離陽(yáng)離子子電子電子靶材(陰靶材(陰極)極)基材(陽(yáng)基材(陽(yáng)極極)二次電子二次電子正離子正離子氣體氣體輝光輝光放電

13、放電加熱基材加熱基材再次轟擊靶材再次轟擊靶材原子,分子原子,分子膜生成的三大階段: 1.1.靶面原子的濺射靶面原子的濺射 2.2.濺射原子向基片遷移濺射原子向基片遷移 粒子的平均自由程,決定了靶面與基板的距離!粒子的平均自由程,決定了靶面與基板的距離! 3.3.成膜粒子向基板入射并沉積成膜成膜粒子向基板入射并沉積成膜靶面原子的濺射1.機(jī)理機(jī)理 1)高溫蒸發(fā))高溫蒸發(fā) 2)彈性碰撞)彈性碰撞2.靶材表面原子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象靶材表面原子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象粒子能量粒子能量高能粒子高能粒子低能粒子低能粒子高能粒子高能粒子發(fā)生現(xiàn)象發(fā)生現(xiàn)象濺射現(xiàn)象濺射現(xiàn)象原位振動(dòng)原位振動(dòng)反沖,聯(lián)級(jí)碰撞反沖,聯(lián)級(jí)碰撞產(chǎn)生效應(yīng)產(chǎn)生效應(yīng) 原子脫

14、離晶格原子脫離晶格 提高表面活性提高表面活性 周圍原子碰撞移位周圍原子碰撞移位濺射鍍膜的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):1 1)適用性廣)適用性廣2 2)粒子能量高:對(duì)基片有清洗,升溫的作用;薄膜附著力大。)粒子能量高:對(duì)基片有清洗,升溫的作用;薄膜附著力大。3 3)薄膜成分易控制)薄膜成分易控制4 4)可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化)可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化缺點(diǎn):缺點(diǎn):1 1)裝置復(fù)雜)裝置復(fù)雜 2 2)受氣氛影響)受氣氛影響3 3)需要制備靶材)需要制備靶材 4 4)沉積速度低沉積速度低5 5)基片溫度高)基片溫度高 真空蒸發(fā)鍍膜:真空蒸發(fā)鍍膜:0.10.15um/min5um/min二級(jí)濺射速率:二級(jí)濺射速率:0.010.010.

15、5um/min0.5um/min射頻、磁控濺射射頻、磁控濺射常用陰極濺射方法 根據(jù)電極的結(jié)構(gòu),電極的相對(duì)位置以及濺射鍍膜的過(guò)程可根據(jù)電極的結(jié)構(gòu),電極的相對(duì)位置以及濺射鍍膜的過(guò)程可以分為以分為二極濺射二極濺射、三極(四極)濺射、三極(四極)濺射、磁控濺射磁控濺射、對(duì)向靶、對(duì)向靶濺射、離子束濺射、吸氣濺射等。濺射、離子束濺射、吸氣濺射等。 按濺射方式的不同,又可分為直流濺射、按濺射方式的不同,又可分為直流濺射、射頻濺射射頻濺射、偏壓、偏壓濺射和濺射和反應(yīng)濺射反應(yīng)濺射等。等。設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,適合于濺射金屬薄膜設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,適合于濺射金屬薄膜但直流濺射中靶材只接收正離子但直流濺射中靶材只接收

16、正離子,如果靶材是絕緣材料如果靶材是絕緣材料,陰陰極表面聚集的大量正離子無(wú)法被電子中和使其電位不斷上極表面聚集的大量正離子無(wú)法被電子中和使其電位不斷上升升,陰陽(yáng)兩極電勢(shì)減小陰陽(yáng)兩極電勢(shì)減小,使濺射不能持續(xù)進(jìn)行使濺射不能持續(xù)進(jìn)行.1、直流濺射、直流濺射惰性氣體惰性氣體與直流濺射相比與直流濺射相比,濺射電壓低濺射電壓低,可以濺射絕緣靶材,制備介質(zhì)薄膜可以濺射絕緣靶材,制備介質(zhì)薄膜射頻濺射原理射頻濺射原理:交變電場(chǎng)使得靶材正半周接收電子交變電場(chǎng)使得靶材正半周接收電子,負(fù)半周接收負(fù)半周接收正離子正離子,相互中和相互中和,從而使陰陽(yáng)兩極電位的大小保持穩(wěn)定從而使陰陽(yáng)兩極電位的大小保持穩(wěn)定,使濺射使濺射能夠

17、持續(xù)進(jìn)行能夠持續(xù)進(jìn)行.2、射頻濺射、射頻濺射惰性氣體惰性氣體3、反應(yīng)濺射、反應(yīng)濺射活性氣體活性氣體+惰性氣體惰性氣體可以制備化合物薄膜可以制備化合物薄膜4、磁控濺射 DC ( 導(dǎo)電材料 ) RF ( 絕緣介質(zhì)材料 ) 反應(yīng) (氧化物、氮化物) 或不反應(yīng) ( 金屬 )JC500-2/D型磁控濺射鍍膜機(jī)磁控濺射鍍膜制品 離子鍍 離子鍍技術(shù)是結(jié)合了蒸發(fā)與濺射兩種薄膜沉積技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種物理氣相沉積方法。二極直流放電離子鍍示意圖二極直流放電離子鍍示意圖u離子鍍的定義離子鍍的定義:是指在真空條件下,利用氣體放:是指在真空條件下,利用氣體放電使工作氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)(鍍料)部分離化,在電使工作氣體或被蒸

18、發(fā)物質(zhì)(鍍料)部分離化,在工作氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)的離子轟擊作用下,把工作氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)的離子轟擊作用下,把蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉積在被鍍物體表面的過(guò)程。蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉積在被鍍物體表面的過(guò)程。u離子鍍的類型離子鍍的類型:(從離子來(lái)源的角度可分為):(從離子來(lái)源的角度可分為)蒸發(fā)源離子鍍和濺射離子鍍兩大類。蒸發(fā)源離子鍍和濺射離子鍍兩大類。u離子鍍技術(shù)的特征離子鍍技術(shù)的特征:在基片上施加負(fù)偏壓,:在基片上施加負(fù)偏壓,用來(lái)加速離子,增加調(diào)節(jié)離子的能量。用來(lái)加速離子,增加調(diào)節(jié)離子的能量。離子鍍的主要優(yōu)點(diǎn):等離子體的活性有利于降低化合物的合成溫度;離離子鍍的主要優(yōu)點(diǎn):等離子體的活性有利于降低化合物

19、的合成溫度;離子轟擊提高了薄膜的致密度;改善了膜層的組織結(jié)構(gòu);提高膜子轟擊提高了薄膜的致密度;改善了膜層的組織結(jié)構(gòu);提高膜/基結(jié)合力?;Y(jié)合力。離子鍍膜原理示意圖 荷能離子對(duì)基體表面的轟擊效應(yīng):荷能離子對(duì)基體表面的轟擊效應(yīng):濺射清洗濺射清洗產(chǎn)生缺陷產(chǎn)生缺陷結(jié)晶系破壞結(jié)晶系破壞改變表面形貌改變表面形貌氣體滲入氣體滲入溫度升高溫度升高和表面成分變化和表面成分變化離子鍍的特點(diǎn)離子鍍的特點(diǎn):清除表面吸附氣體和氧化物的污染清除表面吸附氣體和氧化物的污染促使晶格原子離位和遷移而形成促使晶格原子離位和遷移而形成空位和間隙原子點(diǎn)缺陷空位和間隙原子點(diǎn)缺陷導(dǎo)致破壞表面結(jié)晶結(jié)構(gòu)或?qū)е缕茐谋砻娼Y(jié)晶結(jié)構(gòu)或非晶態(tài)化非晶態(tài)

20、化表面粗糙化表面粗糙化氣體滲入沉積的膜中氣體滲入沉積的膜中大部分轟擊粒子的大部分轟擊粒子的能量轉(zhuǎn)成表面加熱能量轉(zhuǎn)成表面加熱選擇濺射及擴(kuò)散作用使表面成分有異于整體材料成分選擇濺射及擴(kuò)散作用使表面成分有異于整體材料成分 荷能離子對(duì)基體和鍍層界面的轟擊效應(yīng):荷能離子對(duì)基體和鍍層界面的轟擊效應(yīng):物理混合物理混合增強(qiáng)擴(kuò)散增強(qiáng)擴(kuò)散改善成核改善成核減少松散結(jié)合原子減少松散結(jié)合原子改善表面覆蓋度改善表面覆蓋度增加繞鍍性增加繞鍍性反沖注入與級(jí)聯(lián)碰撞,引起近表面區(qū)的非擴(kuò)反沖注入與級(jí)聯(lián)碰撞,引起近表面區(qū)的非擴(kuò)散型混合,形成散型混合,形成“偽擴(kuò)散層偽擴(kuò)散層”界面,即膜基界面,即膜基之間的過(guò)濾層,厚達(dá)幾微米,其中甚至?xí)?/p>

21、出之間的過(guò)濾層,厚達(dá)幾微米,其中甚至?xí)霈F(xiàn)新相。這可大大提高膜基附著強(qiáng)度?,F(xiàn)新相。這可大大提高膜基附著強(qiáng)度。高缺陷濃度與溫升提高缺陷濃度與溫升提高了擴(kuò)散速率,增強(qiáng)高了擴(kuò)散速率,增強(qiáng)沉積原子與基體原子沉積原子與基體原子之間的相互擴(kuò)散之間的相互擴(kuò)散即使原來(lái)屬于非反應(yīng)性成核模式的情況,經(jīng)離子轟擊表面產(chǎn)生更多缺陷,增加了成核密度,從而更有利于形成擴(kuò)散反應(yīng)型成核模式。優(yōu)先去除結(jié)合松散的原子優(yōu)先去除結(jié)合松散的原子 荷能離子在薄膜生長(zhǎng)中的效應(yīng):荷能離子在薄膜生長(zhǎng)中的效應(yīng):有利于化合物形成有利于化合物形成清除柱狀晶、提高致密度,清除柱狀晶、提高致密度,對(duì)膜層內(nèi)應(yīng)力的影響,對(duì)膜層內(nèi)應(yīng)力的影響,改變膜的組織結(jié)構(gòu),

22、改變膜的組織結(jié)構(gòu),強(qiáng)化基體表面等;強(qiáng)化基體表面等;鍍料粒子與反應(yīng)氣體激活鍍料粒子與反應(yīng)氣體激活反應(yīng),活性提高,在較低反應(yīng),活性提高,在較低溫度下形成化合物溫度下形成化合物轟擊和濺射破壞了柱狀晶轟擊和濺射破壞了柱狀晶生長(zhǎng)條件,轉(zhuǎn)變成稠密的生長(zhǎng)條件,轉(zhuǎn)變成稠密的各向異性結(jié)構(gòu)各向異性結(jié)構(gòu)使原子處于非平衡位置而增使原子處于非平衡位置而增加應(yīng)力或增強(qiáng)擴(kuò)散和再結(jié)晶加應(yīng)力或增強(qiáng)擴(kuò)散和再結(jié)晶等松弛應(yīng)力。等松弛應(yīng)力。提高沉積粒子的激活能,提高沉積粒子的激活能,甚至出現(xiàn)新亞穩(wěn)相,改變甚至出現(xiàn)新亞穩(wěn)相,改變膜的組織結(jié)構(gòu)和性能膜的組織結(jié)構(gòu)和性能基體表面產(chǎn)生壓應(yīng)力基體表面產(chǎn)生壓應(yīng)力(二)常用離子鍍膜方法 1、空心陰極離

23、子鍍空心陰極離子鍍( (HCD) HCD) 2 2、多弧離子鍍、多弧離子鍍 3 3、磁控濺射離子鍍技術(shù)磁控濺射離子鍍技術(shù) 4 4、活性反應(yīng)離子鍍活性反應(yīng)離子鍍1、空心陰極離子鍍(HCD) 過(guò)程: HCD槍作為:槍作為: 1)鍍料的汽化源)鍍料的汽化源 2)蒸發(fā)離子的離化源)蒸發(fā)離子的離化源 電子束蒸發(fā)鍍與離子鍍技術(shù)相結(jié)合的!空心熱陰極放電空心熱陰極放電(弧光)(弧光)膜料熔化蒸發(fā)膜料熔化蒸發(fā)等離子電子束等離子電子束膜料離化膜料離化陽(yáng)離子陽(yáng)離子在基片表面沉積在基片表面沉積定向負(fù)偏壓定向負(fù)偏壓等等離離子子體體等等離離子子體體清清洗洗空心陰極離子鍍(HCD)裝置示意圖1-HCD槍;槍;2-鐘罩;鐘罩

24、;3-工件;工件;4-高壓電源高壓電源5-水冷鋼坩堝;水冷鋼坩堝;6-坩堝坩堝2、磁控濺射離子鍍技術(shù) 磁控濺射技術(shù)與離子鍍技術(shù)相結(jié)合的!過(guò)程:過(guò)程:氣體輝光放電氣體輝光放電磁控濺射磁控濺射陽(yáng)離子陽(yáng)離子靶材原子離化靶材原子離化陽(yáng)離子陽(yáng)離子基片沉積成膜基片沉積成膜定向負(fù)偏壓定向負(fù)偏壓等等離離子子體體等等離離子子體體清清洗洗陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極磁控濺射離子鍍?cè)硎疽鈭D1-真空容器;真空容器;2-永久磁鐵;永久磁鐵;3-磁控陽(yáng)極磁控陽(yáng)極4-磁控靶磁控靶;5-磁控電源;磁控電源;6-真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)7-氬氣充氣系統(tǒng);氬氣充氣系統(tǒng);8-基板(工件);基板(工件);9-控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(三)離子鍍的優(yōu)點(diǎn):(與蒸發(fā)、濺射比較)電場(chǎng)作用下高能離子對(duì)基板轟擊作用!電場(chǎng)作用下高能離子對(duì)基板轟擊作用! 1.1.膜層附著力好膜層附著力好 2.2.膜層的密度高膜層的密度高 3.3.繞射性能好(使工件各表面處于電場(chǎng)之中)繞射性能好(使工件各表面處于電場(chǎng)之中) 4.4.可鍍材質(zhì)范圍廣可鍍材質(zhì)范圍廣 5.5.有利于化合物膜層的形成有利于化合物膜層的形成 6.

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