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为一个系统进行设计,利用表面改性技术,薄
膜技术和涂层技术,使材料表面获得材料本身
没有而又希望具有的性能的系统工程。
薄膜技术是表面工程三大技术之一。一般
把小于25um大于100nm的膜层称为薄膜,大于
25um的膜层称为厚膜。小于100nm的膜层称为
纳米薄膜。
真空镀膜是薄膜技术的最具潜力的手段,
也是纳米技术的主要支撑技术。所谓纳米技术,
如果离开了真空镀膜,它将会失去半壁江山。
真空镀膜分为(蒸发镀膜)、(离子镀膜)、(溅射镀膜)和(化学气相沉积)四种形式,按功能要求可分为(装饰性镀膜)和(功能性镀膜)。
溅射是指荷能粒子轰击(固体表面),使(固体原子或分子)从表面射出的现象。利用溅射现象沉积薄膜的技术叫(溅射镀膜)。
物理气相沉积(PVD)
真空蒸发镀膜
溅射镀膜
离子镀膜
将真空室中的辉光放电等离子体技术与真空蒸发镀膜技术结合起来的一种PVD技术
真空表面沉积技术起始于真空蒸发镀膜,其基本过程是:
在真空容器中将蒸镀材料(金属或非金属)加热,当达到适当温度后,便有大量的原子和分子离开蒸镀材料的表面进入气相。
因为容器内气压足够低,这些原子或分子几乎不经碰撞地在空间内飞散,
当到达表面温度相对低的被镀工件表面时,便凝结而形成薄膜。
真空蒸发镀膜原理及其基本过程
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真空蒸发镀膜原理及其基本过程
蒸发成膜系统如右图所示。
主要部分有:
真空容器(提供蒸发所需的真空环境),
蒸发源(为蒸镀材料的蒸发提供热量),
基片(即被镀工件,在它上面形成蒸发料沉积层),基片架(安装夹持基片)
加热器。
蒸发成膜过程是由蒸发、蒸发材料粒子的迁移和沉积三个过程所组成。
真空蒸发镀膜原理及其基本过程
被镀材料蒸发过程
蒸发材料粒子迁移过程
蒸发材料粒子沉积过程
蒸发材料
蒸发材料粒子
基片(工件)
溅射镀膜的原理及特点
溅射镀膜:在真空室内用正离子(通常是Ar+)轰击阴极(沉积材料做的靶),将其原子溅射出,迁移到基片(工件)上沉积形成镀层。
靶面原子的溅射
溅射原子向基片的迁移
溅射原子在基片沉积
靶
基片
溅射原子
正离子
溅射镀膜也是由三个阶段组成。
直流二极型离子镀膜
离子镀膜
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Ar
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10-3Pa以上真空,然后通入Ar作为工作气体,10-1Pa。
当接通高压电源后,在蒸发源与工件之间产生气体放电。由于工件接在放电的阴极,便有离子轰击工件表面,对工件作溅射清洗。
经过一段时间后,加热蒸发源使镀料气化蒸发,蒸发后的镀料原子进入放电形成的等离子区中,其中一部分被电离,在电场加速下轰击工件表面并沉积成膜;一部分镀料原子则处于激发态,而未被电离,因而在真空室内呈现特定颜色的辉光。
三种物理气相沉积技术与电镀的比较