氣相沉積技術分析

氣相沉積技術分析第一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日1．薄膜的定義薄膜可以定義為：按照一定的需要，利用特殊的制備技術，在基體表面形成厚度為亞微米至微米級的膜層。從原子尺度來看，薄膜的表面呈不連續(xù)性，高低不平，薄膜內部有空位、位錯等缺陷，并且有雜質的混入。用各種工藝方法，控制一定的工藝參數(shù)，可以得到不同結構的薄膜，如單晶薄膜、多晶薄膜、非晶態(tài)薄膜、亞微米級的超薄膜以及晶體取向外延薄膜等。第二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日(1)島狀生長。一般的物理氣相沉積都是這種生長模式。首先在基底上形成臨界核，當原子不斷地沉積時，核以三維方向長大，不僅增高而且擴大，形成島狀，同時還會出現(xiàn)新的核繼續(xù)長大成島。當島在基底上不斷擴大時，島會相互聯(lián)系起來，構成島的通道。當原子繼續(xù)沉積，通道的橫向也會連接起來，形成連續(xù)的薄膜。這種薄膜表面起伏較大，表面粗糙。第六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日(2)層狀生長。當覆蓋度日小于1時，在基底上生成一些分立的單分子層組成的臨界核，繼續(xù)沉積時就會形成一連續(xù)的單分子層，然后在第一層上再生長單分子層的粒子。當覆，蓋度日大于2時，形成兩個分子層，并在連續(xù)層上再出現(xiàn)分立的單分子層的粒子。繼續(xù)沉積，將一層一層地生長下去，形成一定厚度的連續(xù)膜。(3)層狀加島狀生長。隨原子沉積量的增加，即有單分子形成，在連續(xù)層上又有島的生長。第七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日由于表面分析技術的進步，現(xiàn)在可用多種方法來觀察薄膜的形成過程，如透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、場離子顯微鏡(FIM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等。其中最方便的是原子力顯微鏡，因為薄膜在不同階段沉積后，樣品可不作任何處理便可直接觀察。雖然原子力顯微鏡的分辨率相當高，但仍然不能看到臨界核，所看到的是臨界核長大后的粒子或島，然后島長大、接合，出現(xiàn)迷津結構。隨著原子沉積增加，使通道加寬，空洞減少，最后形成連續(xù)的薄膜。第八頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日PVDCVD物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition，簡稱PVD法），是利用熱蒸發(fā)、輝光放電或弧光放電等物理過程，在基材表面沉積所需涂層的技術?；瘜W氣相沉積是利用氣態(tài)物質在固體表面發(fā)生化學反應，生成固態(tài)沉積物的過程。化學氣相沉積的過程可以在常壓下進行，也可以在低壓下進行。CVD技術是當前獲得固態(tài)薄膜的方法之一。第九頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第十頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第十一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第十二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日提高模具的精度、壽命、硬度和耐磨損、耐腐蝕以及耐高溫性能通常包括三個方面：①正確選擇模具材料；②對模具基體的熱處理；③對模具表面的改性處理。模具表面改性處理的方法很多，有鍍硬鉻、合金的電鍍法，有氮化、碳化及氧化等化學處理方法，有化學氣相沉積(CVD)法和物理真空鍍(PVD)法等鍍膜的方法.第十三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日金屬表面的處理方法中，CVD法應用較早，我國從70年代開始，主要用于超硬涂層。但耐沖擊性能較差，特別是在間斷切削時，很容易發(fā)生脆裂。PVD法可以克服這個缺點，它可以在工具鋼的退火溫度以下形成涂層。兩者比較見表1。在模具的處理中，CVD法有些方面適用，尤其是用于凸模類的冷鍛。然而，由于CVD是在工具鋼的變態(tài)點以上的高溫處進行處理，所以就必須有真空淬火和回火的后續(xù)處理，因此會發(fā)生變形，難于滿足高精度的要求。相比之下，用PVD法就完全不發(fā)生變形。第十四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日第十五頁，共十