真空磁控溅射镀膜设备用户手册
真空磁控溅射镀膜控制系统
用
户
手
册
2008-07-09
V1.1
目录
1.系统简述 (4)
1.1真空系统 (4)
1.2 传送系统 (4)
1.3 加热系统 (4)
1.4 溅射电源 (4)
1.5 冷却水 (4)
1.6 工艺气路 (5)
2.系统供电 (5)
2.1 柜体通电前检查 (5)
2.2 现场设备通电前检查 (5)
2.3 电源送电顺序 (5)
2.3.1 PLC控制柜 (5)
2.3.2 电加热柜 (6)
2.3.3 泵组柜 (6)
3.PLC运行程序 (6)
3.1 环境模式 (7)
3.2 工作模式 (7)
3.3 安全连锁 (9)
3.4 系统报警 (9)
4.上位机软件操作 (11)
4.1 上位机画面 (11)
4.1.1 介绍 (12)
4.1.1.1 图例 (12)
4.1.2总貌 (13)
4.1.3 真空 (14)
4.1.4 传动 (16)
4.1.5加热 (19)
4.1.6 参数设定 (21)
4.1.7 溅射电源 (23)
4.1.8 控制模式 (25)
4.1.9 分子泵使能操作 (27)
4.1.10 历史报警 (28)
4.1.11 框架信息 (29)
4.1.12运行注意事项 (30)
4.1.12.1 开机注意事项 (30)
4.1.12.1 停机注意事项 (31)
5. 工程维护 (31)
5.1 传输设置 (31)
5.1.1 传输工程文件 (32)
5.2 WINGP运行 (33)
6.变量地址表 (33)
1.系统简述
TFT系统需要实现玻璃在真空环境下自动化的连续镀膜，生产线布置为“回”字型矩形结构，生产线划分为4个区，位于生产线左右侧的上片区和下片区，位于上下片平台间的工艺区和回传区，其中呈”->”方向移动的区域为工艺区，呈”<-“方向移动的区域为回送区。TFT控制系统实现对生产过程中的真空、加热、传动、电源、冷却水、工业气体在镀膜过程中的连续控制。
1.1真空系统
真空系统设备集中于真空室区域，由抽气设备（机械泵、罗茨泵、分子泵）检测设备（PG 表，CG表）、安全阀（分子泵前蝶阀、机械泵罗茨泵间自吸阀、管道阀和破空阀）；通过机械泵->罗茨泵->分子泵接力抽气，将腔室内压力由大气变为真空，并在生产过程中保持适合生产的真空环境；
1.2 传送系统
传送系统共24台操作电机，上下片平台各4台，工艺区11台，回传区5台传动电机，除上下片平台各有2台电机可实现双向传动外，其余电机均为单向传动；其中除M3 –M9 可以通过端子通断和模拟量信号协同控制电机转速外，其余电机的传动速度由端子通断直接控制；
1.3 加热系统
加热系统共66台，在连续生产过程中，逐段加热工艺区腔室内的温度，以确保在玻璃在镀膜过程中的环境温度，加热系统进行PID运算，通过固态继电器的电压脉冲控制加热器的加热频率；
1.4 溅射电源
在工艺区有4个溅射室，室内配置MF中频溅射电源和DC直流溅射电源，通过电源产生的高电压电离气体分子；
1.5 冷却水
机械泵、分子泵、溅射电源冷却管路安装有压力检测设备，通过水流开关检测冷却水压力是否符合设备冷却的要求；
1.6 工艺气路
气路由供气管道，流量计和切断阀组成；
2.系统供电
2.1 柜体通电前检查
柜间连接线校核；
所有断路器，熔断器处于断开状态；
检查泵组柜，电加热柜一次主排、母排绝缘和是否短路；
检查泵组柜，PLC柜，电加热柜，电源柜是否短路；
2.2 现场设备通电前检查
电缆接线的校核；
接线的电源电压等级是否与设备匹配；
机械泵，罗茨泵，传动电机通电前进行三相对地绝缘（电阻>0.5M欧）测试； 其它现场设备是否有短路现象，例如分子泵，阀门等；
控制回路的功能测试；
2.3 电源送电顺序
2.3.1 PLC控制柜
传动控制柜PLC模块电源供电(220V)
QF51->SB54（面板）->QF81;
PLC控制柜及PLC模块触摸屏供电(220V)
QF51->SB54（面板）->QF82;
检修插座供电(220V)
QF51->SB54（面板）->QF86;
传动控制柜I/O模块供电(24V)
QF51->SB54->QF71->QF74;
PLC控制柜I/O模块供电(24V)
QF51->SB54->QF71->QF71.1;
流量计供电(±15V)
QF51->SB54->QF61;
温度控制器供电(24V)
QF51->SB54->QF64->QF64.1;
中频/直流控制电源(24V)
QF51->SB54->QF64->QF66;
阀门，机械泵气镇，油镇供电(24V)
QF51->SB54->QF84->QF84.1;
光电开关及真空计电源(24V)
QF51->SB54->QF84->QF85;
传动电机供电(380V)
QF51(泵组控制柜)-->QF165(泵组控制柜)-->(QF52-QF311)
2.3.2 电加热柜
电加热供电(220V)
QF51(泵组控制柜)->QF166(泵组控制柜)->(QF54~QF185)
2.3.3 泵组柜
机械泵供电(380V)
QF51->QF111(进片室)
QF51->QF114(工艺区)
QF51->QF116(出口室)
罗茨泵供电(380V)
QF51->QF112(进片室)
QF51->QF115(工艺区)
QF51->QF118(出口室)
分子泵供电(380V)
QF51->(QF111-QF162)
中频溅射电源供电(380V)
QF411->(QF412-QF416)
直流溅射电源供电(380V)
QF411->(QF421-QF432)
3.PLC运行程序
PLC程序采用三菱GX Works2 1.31H开发。依据TFT生产工艺，软件设计有以下的工作
模式；
3.1 环境模式
工作环境可设定为大气环境和真空环境；
设计大气环境的主要目的用于检查设备的运行状况，如传动是否存在卡架的现象，门阀开关限位是否到位等；
真空环境为设备正常工作所达到的必需条件；
在大气模式下除分子泵外，所有设备都可以手动测试；
注意：在手动模式下传动始终以低速运行，只有在自动运行时，传动才以不同的速度运转；
3.2 工作模式
工作模式分抽气模式，生产模式，保压模式和停止模式；只有环境模式设置为真空模式后，工作模式才可以进行选择；
抽气模式
抽气模式使生产线达到具备生产条件的真空度，抽气模式的运行的规程为：
1.所有带限位设备的开限位检查（门、管道阀、分子泵阀、破空阀）；
2.确认开限位检查通过后，对以上设备进行关限位检查；
3.确认关限位检查通过后,关闭1#,6#门，打开2#,3#,4#,5#室门；
4.确认以上门开、关到位后，启动所有机械泵；
5.确认所有机械泵启动并热泵完成后（热泵时间5分钟），打开机械泵对应的管道阀；
6．确认管道阀打开后，在管道真空度满足的条件下，启动罗茨泵；
7.确认罗茨泵启动后，在腔室内压力小于50Pa，管道压力小于10Pa，开分子泵阀；
8.待分子泵阀全部打开后，满足分子泵启动条件，启动各腔室分子泵；
9.分子泵全部开启（部分开启，设备未使能系统会默认为分子泵已开启）等待约8分钟（分子泵由速度0达到全速旋转）后，关闭2,3,4,5#门，程序提示抽气结束；
10．抽气完成前，系统设计有180秒的等待时间，如在该时间内没有将工作模式由抽气转化为生产模式，则抽气模式将自动转换为保压模式；
生产模式
生产模式由抽气模式完成后（提示抽气已完成）才能实现切换，生产模式执行的规程为：
1.复核室门是否已关闭，复核破空阀和放气阀是否已关闭；
2.待确认以上设备已完成后，复核所有机械泵是否已启动；
3.确认机械泵已启动，且已经过完全热泵，复核所有管道阀是否已开启；
4.确认管道阀已开启后，复核罗茨泵和分子泵阀是否已开启；
5.确认罗茨泵与分子泵阀开启无误，复核所有分子泵是否已运行；
6.复核分子泵已运行，且达到全速运转（默认8分钟），确认无误后，系统进入正常生产阶段；
按生产工艺的要求，顺序开/关各腔室门，管道阀、破空阀等，顺序启动传动电机，实现自动化生产；
保压模式
保压模式可以在抽气模式或者生产模式下切换，保压模式主要工作为依次序停止泵组，停止后不打开放气阀；保压模式运行的规程为：
1.首先将传动设置为停止运行；系统关闭1#，6#室门，打开2#,3#,4#,5#室门；关闭破空阀；
2.确认1-6#门开关已就位，确认进、出片室破空阀已关闭，停止所有分子泵运行；
3.确认所有分子泵已完全停止（丛完全运行到停止约需8-10分钟），关闭分子泵阀；
4.确认所有分子泵已全部停止后，关闭分子泵前级阀；
5.确认分子泵阀已关闭，关闭管道阀；
6. 确认所有管道阀已关闭，系统停止罗茨泵；
7.确认罗茨泵已停止，系统关闭机械泵；
8.确认机械泵已关闭后，打开管道放气阀，自动放气30秒后，管道放气阀自动关闭；
放气模式
停止模式只能在保压模式下切换；停止模式运行的一般规则为：
1.确认腔室内加热温度，如腔室内温度大于70度，系统将不允许由保压模式切换为停止模式；
2．放气模式在放气前执行与保压模式相同的操作；
3.确认泵组已完全停止，分子泵阀和管道阀在关闭的条件下，打开破空阀，执行放气程序；
4．待真空计显示为大气状态，关闭放气阀；
3.3 安全连锁
系统安全连锁条件为：
分子泵
当分子泵出现运行故障，系统停止分子泵运行，关断分子泵前级阀；
当分子泵出现水流异常，系统检测到无水信号后如30S水流检测仍无信号，系统停止分子泵运行；
罗茨泵
罗茨泵（热继电器17A）出现电流过大，系统停止罗茨泵运行，关断分子泵前蝶阀，停止分子泵运行；
机械泵
机械泵（热继电器）出现电流过大，系统停止机械泵运行，然后依次关断分子泵前蝶阀，停止分子泵运行；停止罗茨泵运行；打开机械泵与罗茨泵之间的自吸阀，执行自动放气程序后30S关闭自吸阀；
压力检测
在生产过程中，当管道内真空度（压力）因不明原因快速上升超过安全限值（500Pa），系统关断分子泵前蝶阀，停止分子泵运行；
溅射靶
当出现冷却水中断（信号由1变为0），持续超过30S，如为计算机远程控制，计算机停止相应靶的运行；
系统急停
按下面板（工艺区）或者是外部的急停按钮，系统将停止传动的运行；
3.4 系统报警
当系统内出现设备异常，系统触发蜂鸣器，提示用户关注设备运行异常，系统内设定的报警可分为以下几类：
系统报警
系统报警主要提示用户CPU及PLC硬件系统本身存在故障，告知用户关注并及时解决
出现的问题，这些问题包括：
出现输入输出模块校验出错，请检查所有I/O模块，如发现未供电或者模块红灯闪烁，请检查供电线路或者停电更换该模块；
出现电池电量不足，请更换CPU存储器电池；
出现自检测出错，请将CPU（RESET键）为复位状态，让后再重新上电；
出现CPU运行故障，系统故障代码1001，将CPU运行开关切换至停止（STOP）状态，将CPU置为复位状态，停止3-5秒后，重新将（RESET）置位，然后重新上电；
过程报警
包括机械泵（热继），罗茨泵（热继），分子泵故障报警，冷却水报警，直流电源、中频电源故障报警，电机故障报警，门、阀开关过程报警；
机械泵和罗茨泵报警信号取自于交流接触器下端的热继器，出现用电设备电流（罗茨泵17A）超过热继允许范围，产生报警；
分子泵报警信号取自于分子泵本身，分子泵出现旋转异常、水冷却异常，分子泵面板橙色灯常亮，产生报警；
冷却水报警信号取自于管道中的水流开关，信号1表示水流正常，0信号产生报警；
直流电源报警信号取自于电源的启动标志，电源在本地/远程模式下已正常启动，则不产生报警，如已启动，而设备未启动则产生报警；
中频电源报警信号取自于电源的报警输出，电源在运行过程中出现报警，输出报警信号；
注意：如中频电源未供电，该报警信号一直存在；
电机故障信号取自于变频器故障输出，变频器出现输出故障，扭矩过载，产生报警；
门阀开关（分子泵阀、管道阀、破空阀，门）超时报警，以上设备均有开、关到位的信号，在指定时间（5S）内设备执行开关动作，如果没有由开->关或者由关->开,系统产生超时报警，提示用户进行处理；
传动异常报警
框架在行进过程出现卡架、电机运转异常、框架信息丢失、光电开关未感应等情况产生此报警，该报警为紧急报警，如出现该报警提示用户尽快进行处理；
报警产生的条件信号取自于框架在传动辊道上实际运行的速度（需实际测算得来）：其中从进片过渡室->出片过渡室之间的7个腔室，异常报警信号取每个感应光电的信
号，如在计算时间内，电机在运转，而光电感应开关一直存在被遮挡的情况，则表示该点的传送存在问题，产生传送异常报警；
除以上7个腔室外，其余的异常报警信号取自于框架信息的传送时间，在计算时间内，电机旋转，而框架信息没有传送至下一段，则系统认为传送故障，产生传送异常报警；
注意：传送异常报警计算出准确的传送速度，特别是工艺区的溅射速度，因此，最好经常观察并修正相应的补偿系数；
电机线速度计算公式：电机转速（1420r/min）/减速比（15:1）*3.1415(圆周)*辊道直径（0.08米）=23.79米/分钟（工频速度）
实际测试速度：2.46米（隔离室长度）/133秒*60（秒）=1.08（米/分钟）
1.08(米/分钟)/（4.5变频器输出）*50（工频）=12米（分钟）
23.79/12=1.9(补偿系数)
单个报警点计算公式：1.7（架子长度）/线速度设定值*1.2（放大时间倍数）
4.上位机软件操作
TFT上位机采用Proface公司APL-3900系列工控机。屏幕显示分辨率为1280*1024。画面编辑采用GP-Pro EX，画面运行软件为WinGP。
4.1 上位机画面
上位机画面由总貌、真空、传动、加热、工艺气路，溅射电源，参数设定，使能操作、报警、趋势画面和设备操作弹出窗口组成。
画面布局采用顶部、中间区域、底部组成的布局模式，所有画面顶部和底部是相同的，中部区域显示各不相同，真空页面显示与真空度密切关联的泵组、压力，传动页面实现与传动相关联的传动电机、限位开关、光电开关、框架信息等；
顶部区域设计为上部工具条，显示的部件有工程信息、通讯状态显示、环境模式、系统操作模式，泵组、传动运行指示、时间与用户信息和工艺画面切换按纽；
底部区域设计为下部工具条，显示的部件为历史报警、管理画面的切换按纽；
4.1.1 介绍
4.1.1.1 图例
①传动电机
电机背景色显示为灰色表示电机处于停止状态，背景色显示为绿色表示当前电机正在运行，背景色显示为黄色且不断闪烁表示传动电机存在运行故障，提示用户查找并处理该故障；
注意：待查明原因处理后，电机不能通过弹出操作页面进行操作，需要对故障进行一次复位；
②门限位开关
门限位开关显示开到位，背景色显示为红色表示门已经关到位状态，背景色显示为绿色表示门已经开到位，灰色表示设备没有开到位也没有关到位，正在执行开关动作，显示为黄色不断闪烁表示门在开关过程时出现超时故障（默认为5S）；
注意：对于气压驱动的设备，出现开关超时故障的现象，大多数情况属于短时气压不足引起的，一般的操作步骤，将出现的故障复位，系统将再次执行（或手动执行）开关动作，再次出现超时故障，则需要检查设备；
③光电开关
背景色显示为绿色表示当前检测位置存在框架（光电开关被架子挡住），显示灰色表示当前检测位置无传送框架；
④机械泵
背景色显示为绿色表示机械泵正在运行，灰色表示机械泵停止，显示黄色且闪烁表示泵热继电器运行过载；
⑤罗茨泵
罗茨泵状态显示方式与机械泵相同；
⑥分子泵
分子泵正在旋转显示背景色显示为绿色，显示为灰色表示设备已完全停止旋转，显示为
蓝色表示设备停止命令已输出但设备正在停止中，完全停止约需8-10分钟，背景色显示为黄色并闪烁表示分子泵运行故障；
注意：分子泵出现的故障只能在设备上进行复位，面板上橙色灯常亮表示设备存在故障，橙色灯闪烁，表示存在警告，手动进行复位即可；
⑦RF中频电源
背景色显示为绿色表示中频电源中处于运行状态，灰色表示中频电源处于停止状态，显示黄色且闪烁表示中频电源运行故障；
⑧DC直流电源
直流电源的显示方式与中频电源相同；
⑨阀
总貌画面显示了管道阀、破空阀、自吸阀和薄膜计阀，阀背景色显示为绿色表示阀门打开，背景色为灰色表示阀门关闭，显示为黄色表示阀门在开关过程中存在超时故障；
⑩
框架信息显示，绿色表示当前腔室存在框架和片，灰色表示当前位置只存在框架；4.1.2总貌
总貌页面显示TFT生产线的主要设备信息，显示传动，真空，溅射的设备信息，总貌页面只做显示用，其表示的设备不带操作弹出窗体，需要对设备进行操作需切换至对应的操作
页面；
总貌页面显示设备的真空度，生产线使用了4种真空检测计：
7只PSG500电阻规，使用在进片室、进片缓冲室、出片室、出片缓冲室、进片室管道、出片室管道和工艺区管道，PSG500检测量程为5*10-2Pa < P <1*105 Pa;
5只PEG100电离规，使用在进片缓冲室、进片过渡室、中间过渡室、出片过渡室、出片缓冲室，PEG量程范围为1.0e-09 < P <1.00e-02 mbar；
4只CDG045薄膜计，使用在MF溅射室、DC溅射室，CDG045薄膜计的量程范围为0.0 2只真空规，使用在进片室和出片室； mbar换算成Pa，mbar*100=Pa; 4.1.3 真空 真空页面显示TFT系统中与参与真空控制的相关设备信息，包括分子泵、罗茨泵、机械泵，分子泵阀、管道阀、自吸阀、气镇阀、薄膜计阀、进出片室的破空阀，除机械泵自吸阀为自动开关外，其余的设备均可通过弹出对话框进行操作； ①泵操作 按钮背景色显示为绿色表示当前操作已被激活，黑色表示未被激活； 如按钮，背景色显示为绿色表示用户已经向发出了供电的指令； 显示为设备的操作方式，软件可进行集中的手/自动切换； 这里的按钮实现设备的单体切换，例如如需要实现对单个设备的维护、调试、或者使设备不受自动运行模式的影响，在这里将其切换至手动操作即可； 在手动模式下，手动启/停按钮变为可为可用，在自动模式下，启/停按钮只做状态显示用，不能进行启/停操作； 显示与设备相关的故障报警提示；状态显示采用背景色黄色/灰色交替显示，设备发生故障报警，提示背景色显示为黄色且不断闪烁； 在操作页面内，设备供电和手/自动按钮为反转式操作，点击按钮进行操作切换；手动启泵和手动停泵按钮为脉冲式操作，点击按钮后上位机软件发送一个上升沿脉冲至PLC，启泵和停泵按钮的操作在自动模式下是无效的，只能在手动模式下进行操作； 点击最下方的关闭窗体按钮或者窗体右上方按钮可关闭窗体； 罗茨泵、机械泵的操作和显示方式与分子泵操作是一致的； ②阀操作 阀门显示与操作方式与分子泵操作是相类似的； 在分子泵阀操作页面上，故障复位按钮为脉冲式操作，点击按钮后，上位机发送一个上升沿脉冲至PLC，清除开阀过程的故障信号； 其余管道阀、自吸阀，薄膜计阀、进出片室的破空阀的操作页面与分子泵阀的操作是一致的； 4.1.4 传动 传动页面显示TFT系统中传动系统包括传动电机、框架位置、门开/关、上片卸片信息，传动电机和门开/关为操作设备，其余为状态显示； ①传动电机操作 传动电机共24台，除生产线二端上、下片平台的传动，平移电机可实现双向旋转，其余均为单向旋转，在手动操作模式下，点击”启动按钮”,如电机启动条件满足，界面上显示“运行”状态框；传动电机与腔室对应如下表： 页面内显示个66个光电开关信号； 传动电机可实现低速、高速运转，这取决于腔室内框架所处的位置，如点击”启动”按钮后，软件检测到框架不在减速位或在停止位，允许高速运转的电机实现高速运转，框架到达/处于减速位时，电机切换为低速运行，玻璃框架到达/位于停止位，电机停止运行； 变频器参数设定： 4.1.5加热 加热页面显示工艺区进片室至出片缓冲室各腔室内的温度，除工艺室MF、DC为9组加热外，其余腔室为6组加热，共66组温度显示； 加热模块对应的温度地址如下： 为温度值显示，设备使用K型热电偶，温度范围为-200 ~ 1300℃，温度显示为正常时数据背景色为绿色显示，检测到采集信号出现断线错误时，数据显示为黄色且不断闪烁； 为设定值的输入和显示，常用的设定范围为0~600℃，设定前，将页面下部的允许操作使能（背景色为绿色）；在弹出的输入对话框输入设定值，这时，该设定值背景 色显示为黄色，表示设定值已更改但未被写入到控制模块，点击设定值旁的写入按钮 ，将更改值写入模块成功后，背景色恢复为灰色； 注意：如出现点击2次以上背景色未能变更为正常颜色，请检查PLC与模块间的数据线连接，或者查看模块是否工作，如数据线连接良好，且模块已正常工作，请联系管理人员； 系统设置有统一写入功能，输入统一的温度的设定值，点击“温度设定”按钮，按钮背景色变为绿色，系统将以每5S的频率将设定值写入到模块中，在写入的同时，系统会将刚才写入的值再读回，以确认值已写入，整个过程将持续5-6分钟； 注意：在写入过程中，请不要单独点击任何的加热写入按钮，如点击可能会导致设定值写入跳过的现象； 加热器参数设定： 加热器参数调整分为调整模式，操作模式和参数模式，其中调整模式和运行模式针对于加热器的每组通道，参数设定只用于加热器参数配置；在调整模式（PA6E）下，可以允许定制每组加热器的PID调整参数、PID执行周期、输出的限幅；在运行模式下，可以允许更改设定值、PID调整是否启用、当前输出值；在初始模式（ENPT）下，可以指定模块分度号，最大、最小温度值，串口（RS232）通讯的地址和参数； 模式切换： Regulation Mode------→Operation Mode----------→Initial Setting Mode 按住SET键3S； Initial Setting Mode------→ Operation Mode------→ Regulation Mode 按住SET键； 模式主要参数设定： 真空镀膜的现状与发展趋势 发布日期：2010-07-17 <<返回前一页 -------------------------------------------------------------------------------- 薄膜是一种物质形态，它所使用的膜材料非常广泛，可以是单质元素或化合物，也可以是无机材料或有机材料。薄膜与块状物质一样，可以是单晶态的，多晶态的或非晶态的。近年来功能材料薄膜和复合薄膜也有很大发展。镀膜技术及薄膜产品在工业上的应用非常广泛，尤其是在电子材料与元器件工业领域中占有及其重要的地位。 镀膜方法可以分为气相生成法，氧化法，离子注入法，扩散法，电镀法，涂布法，液相生长法等。气相生成法又可分为物理气相沉积法，化学气相沉积法和放电聚合法等。 真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气相沉积法，是基本的薄膜制备技术。它们都要求淀积薄膜的空间要有一定的真空度。所以，真空技术是薄膜制作技术的基础，获得并保持所需的真空环境，是镀膜的必要条件。 真空系统的种类繁多。在实际工作中，必须根据自己的工作重点进行选择。典型的真空系统包括：获得真空的设备（真空泵），待抽空的容器（真空室），测量真空的器具（真空计）以及必要的管道，阀门和其它附属设备。 1.真空蒸发镀膜法 真空蒸发镀膜法是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。真空蒸发镀膜又可以分为下列几种： 1.1 电阻蒸发源蒸镀法 采用钽，钼，钨等高熔点金属，做成适当形状的蒸发源，其上装入待蒸发材料，让气流通过，对蒸发材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入氧化铝，氧化铍等坩锅中进行间接加热蒸发，这就是电阻加热蒸发法。 利用电阻加热器加热蒸发的镀膜机结构简单，造价便宜，使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对镀膜质量要求不太高的大批量的生产中，迄今为止，在镀铝制镜的生产中仍然大量使用着电阻加热蒸发的工艺。 电阻加热方式的缺点是：加热所能达到的最高温度有限，加热器的寿命液较短。近年来，为了提高加热器的寿命，国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导电陶瓷材料作为加热器。据日本专利报道，可采用20％～30％的氮化硼和能与其相熔的耐火材料所组成的材料来制作坩锅，并在表面涂上一层含62％～82％的锆，其余为锆硅合金材料。 1.2 电子束蒸发源蒸镀法 将蒸发材料放入水冷钢坩锅中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸发后凝结在基板表面成膜，是真空蒸发镀膜技术中的一种重要的加热方法和发展方向。电子束蒸发克服了一般电阻加热蒸发的许多缺点，特别适合制作熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。 依靠电子束轰击蒸发的真空蒸镀技术，根据电子束蒸发源的形式不同，又可分为环形枪，直枪，e型枪和空心阴极电子枪等几种。 环形枪是由环形的阴极来发射电子束，经聚焦和偏转后打在坩锅内使金属材料蒸发。它的结构较简单，但是功率和效率都不高，基本上只是一种实验室用的设备，目前在生产型的装置中已经不再使用。 直枪是一种轴对称的直线加速枪，电子从灯丝阴极发射，聚成细束，经阳极加速后打在坩锅中使镀膜材料融化和蒸 实验一真空蒸发和离子溅射镀膜 随着材料科学的发展，近年来薄膜材料作为其中的一个重要分支从过去体材料一统天下的局面中脱赢而出。如过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅需数几个器件或一块 集成电路板就能完成，薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。薄膜技术 还可以将各种不同的材料灵活的复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发挥每种 材料各自的优势，避免单一材料的局限性。薄膜的应用范围越来越宽，按其用途可分为光学薄膜、微电子学薄膜、光电子学薄膜、集成光学薄膜、信息存储薄膜、防护功能薄膜等。目前，薄膜材料在科学技术和社会经济各个领域发挥着越来越重要的作用。因此薄膜材料的制 备和研究就显得非常重要。 薄膜的制备方法可分为物理法、化学法和物理化学综合法三大类。物理法主要指物理气 相沉积技术（Physical Vapor Deposition, 简称PVD）,即在真空条件下，采用各种物理方法 将固态的镀膜材料转化为原子、分子或离子态的气相物质后再沉积于基体表面，从而形成固 体薄膜的一类薄膜制备方法。物理气相沉积过程可概括为三个阶段： 1.从源材料中发射出粒 子；2.粒子输运到基片；3.粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。由于粒子发射可以采用不同的方式，因而物理气相沉积技术呈现出各种不同形式，主要有真空蒸发镀膜、溅射镀膜 和离子镀膜三种主要形式。在这三种PVD基本镀膜方法中，气相原子、分子和离子所产生的方式和具有的能量各不相同，由此衍生出种类繁多的薄膜制备技术。本实验主要介绍了真空 蒸发和离子溅射两种镀膜技术。在薄膜生长过程中，膜的质量与真空度、基片温度、基片清 洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等有关。在溅射薄膜的生长过程中，气体流量（压力）也会对形成的薄膜的性质产生影响。通过改变镀膜条件，即可得到性质炯异的薄膜材料。 对制备的薄膜材料，可通过 X射线衍射、电子显微镜（扫描电镜、透射电镜等）、扫描探针（扫描隧道显微镜、原子力显微镜等）以及光电子能谱、红外光谱等技术来进行分析和 表征，还可通过其它现代分析技术测试薄膜的各种相应特性等。 【实验目的】 1?掌握溅射的基本概念，学习直流辉光放电的产生过程和原理； 2?掌握几种主要溅射镀膜法基本原理及其特点，掌握真空镀膜原理； 3.掌握真空镀膜和溅射镀膜的基本方法； 4?熟悉金属和玻璃片的一般清洗技术，学习薄膜厚度的测量方法； 5.了解真空度、基片温度、基片清洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等 因素，在薄膜生长过程中对形成薄膜性质的影响。 【实验原理】 一真空蒸发镀膜原理 任何物质在一定温度下，总有一些分子从凝聚态（固态，液态）变成为气态离开物质表 面，但固体在常温常压下，这种蒸发量是极微小的。如果将固体材料置于真空中加热至此材料蒸发温度时，在气化热作用下材料的分子或原子具有足够的热震动能量去克服固体表面原子间的吸引力，并以一定速度逸出变成气态分子或原子向四周迅速蒸发散射。当真空度高，分子平均自由程—远大于蒸发器到被镀物的距离d时（一般要求2~ 3 d ）,材料的蒸气分子在散射途中才能无阻当地直线达到被镀物和真空室表面。在化学吸附（化学键力引起 的吸附）和物理吸附（靠分子间范德瓦尔斯力产生的吸附）作用下，蒸气分子就吸附在基片 磁控溅射镀膜原理及工艺 摘要：真空镀膜技术作为一种产生特定膜层的技术，在现实生产生活中有着广泛的应用。真空镀膜技术有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。这里主要讲一下由溅射镀 膜技术发展来的磁控溅射镀膜的原理及相应工艺的研究。 关键词：溅射；溅射变量；工作气压；沉积率。 绪论 溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用二极溅射设备如右图。 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，距靶一定距 离。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，与靶表面原子碰撞，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 电子伏范围内。溅射原子在基片表面沉积成膜。 其中磁控溅射可以被认为是镀膜技术中最突出的 成就之一。它以溅射率高、基片温升低、膜-基结 合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点， 成为镀膜工业应用领域(特别是建筑镀膜玻璃、透 明导电膜玻璃、柔性基材卷绕镀等对大面积的均 匀性有特别苛刻要求的连续镀膜场合)的首选方 案。 1磁控溅射原理 溅射属于PDV（物理气相沉积）三种基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀）中的一种。 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区 真空镀膜实验 一、 实验目的 真空镀膜技术广泛地应用在现代工业和科学技术中，光学仪器的反射镜，增透镜，激光器谐振腔的高反射膜，计算机上存储和记忆用的磁性薄膜，以及材料表面的超硬薄膜。此外在电子学、半导体等其它各尖端学科也都采用了真空技术。 本实验的目的是学习真空蒸发镀膜技术。通过本门实验，要求学生掌握如下几点：①较系统了解真空镀膜仪器的结构；②了解真空系统各组件的功能；③了解石英晶体振荡器测厚原理；④掌握真空蒸镀的基本原理；⑤了解真空镀膜仪器的基本操作。 二、预习要求 要求学生在实验之前对真空系统有一定了解，可以通过以下几本相关书籍获得相关信息。《薄膜材料制备原理、技术及应用》—— 唐伟忠著，冶金工艺出版社出版社；《薄膜物理与技术》—— 杨邦朝，王文生编著，电子科学出版社；《薄膜技术》—— 王力衡，清华大学出版社；《薄膜技术》—— 顾培夫，浙江大学出版社；《真空技术物理基础》—— 张树林，东北工学院出版社；《真空技术》—— 戴荣道，电子工业出版社。 三、实验所需仪器设备 实验过程需要的主要设备为DMDE 450型光学多层镀膜机。 真空镀膜机：本实验使用DMDE-450光学多层镀膜机，其装置结构如图3所示。它主要由真空系统、蒸发设备及膜厚监控系统组成。真空系统由各种真空器件组成，主要包括：真空室；真空泵（机械泵、和分子泵）；真空导管；各种真空阀门和测量真空度的真空计等。高真空阀门为碟式，机械泵与分子泵的连通阀门为三同式，将阀门拉出时，机械泵可以直接对镀膜室抽气，推入时机械泵与分子泵连通，同时也切断了机械泵与镀膜室的连接。 蒸发系统由真空钟罩，蒸发电极（共有二对）， 活动挡板，蒸发源，底盘等组成。蒸发源安装在电 图3镀膜机装置图 1电离管 2高真空碟阀 3分子泵 4机械泵 5低真空磁力阀 6储气桶 7低真空三同阀 8磁力充气阀 9热偶规 10钟罩 11针型阀 真空镀膜实验指导 真空镀膜常用的方法有蒸发镀膜、射频溅射镀膜和离子镀膜等。本实验通过介绍蒸发镀膜原理，掌握蒸发镀膜的操作方法。真空镀膜技术在电真空、无线电、光学、固体物理、原子能和空间技术中有广泛的应用。 1真空镀膜原理： 1.1蒸发镀膜机理 蒸发镀膜是真空镀膜的一种，它是在高真空条件下将物质加热到沸腾状态，沸腾出来的原子或分子溅落在固体材料表面，形成一层或多层膜的方法。凡是在沸腾温度下不分解或不变性的物质都可以用此法蒸镀成膜。 蒸发原子的成膜过程比较复杂，这里只能粗略描述如下：溅落原子首先被固体表面吸附，当表面温度低于某一临界温度时，原子开始“核化”——部分原子凝聚成团，出现若干“岛”，然后这些“岛”逐渐吸收周围的原子而长大，众多的“岛”相互连接成一片而成一块连续的膜。蒸发镀膜的条件主要有两个，分别介绍如下： 1.2高真空 我们希望蒸发出来的原子或分子不要受空气分子的阻挡而直接溅落到固体的表面，这样，蒸发镀膜的速度高，成膜质量也好。相反，如果真空度低，有大量的空气分子存在，一方面，蒸发出来的原子或分子与空气分子碰撞，阻碍了膜材分子的扩散，降低了蒸镀的速度，影响了膜的均匀性，另一方面，空气的导热使得膜材的温度不能很快地升高，必然要加大加热功率；更有甚者，空气的存在可能使膜材的某些成分氧化，引起成分变性；在连接着抽气机的情况下，若不能很快完成镀膜，膜料将被抽走。因此，蒸发镀膜需要在高真空条件下进行。当然，真空度也不需要绝对地高。事实上，只要分子的平均自由程大于膜材到基底的距离即可。如果膜材到基底的距离为10 --20cm，根据自由程公式 （d是分子的直径，n是分子数密度） 不难估计真空度在Pa以上就可以满足要求。 1.3材料洁净 材料的洁净包括膜料的洁净和基底材料的洁净。这一要求似乎是不言而喻的。如果材料中混有颗粒状或纤维状的杂质，将直接影响膜的均匀性和牢固度；如果混有可融的化学成分，将影响膜的物理性质，如亮度、表面张力、电导率等等。所以，膜材和基底的清洗工作必须认真对待。 2真空技术 真空镀膜设备项目规划方案 规划设计/投资分析/产业运营 摘要说明— 真空镀膜是指在真空环境下，将某种金属或金属化合物以气相的形式沉积到材料表面（通常是非金属材料），属于物理气相沉积工艺（PVD）。因为镀层常为金属薄膜，故也称真空金属化。广义的真空镀膜还包括在金属或非金属材料表面真空蒸镀聚合物等非金属功能性薄膜。 该真空镀膜设备项目计划总投资12622.67万元，其中：固定资产投资10101.82万元，占项目总投资的80.03%；流动资金2520.85万元，占项目总投资的19.97%。 达产年营业收入20048.00万元，总成本费用15985.14万元，税金及附加203.63万元，利润总额4062.86万元，利税总额4826.88万元，税后净利润3047.14万元，达产年纳税总额1779.74万元；达产年投资利润率32.19%，投资利税率38.24%，投资回报率24.14%，全部投资回收期5.64年，提供就业职位294个。 报告内容：项目总论、建设背景、产业分析、产品规划方案、项目选址、土建工程、工艺先进性、环境影响分析、生产安全、风险性分析、节能评估、项目进度方案、投资估算与资金筹措、项目经营效益分析、项目评价等。 规划设计/投资分析/产业运营 真空镀膜设备项目规划方案目录 第一章项目总论 第二章建设背景 第三章产品规划方案 第四章项目选址 第五章土建工程 第六章工艺先进性 第七章环境影响分析 第八章生产安全 第九章风险性分析 第十章节能评估 第十一章项目进度方案 第十二章投资估算与资金筹措第十三章项目经营效益分析 第十四章招标方案 第十五章项目评价 真空镀膜技术 磁控溅射膜即物理气相沉积(PVD) 金属镀膜不一定用磁控溅射，可以根据成本&工艺需求选择合理的沉积方法，具体有： 物理气相沉积(PVD)技术 第一节概述 物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。，并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤： (1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。 目录 （一）PVD真空镀膜技术 (1) （二）真空镀膜技术具体应用领域 (2) （三）行业现状分析 (4) （四）行业市场表现分析 (5) （五）行业竞争格局分析 (6) （六）行业与上下游的关系 (6) （七）行业周期性、区域性、季节性特征 (9) （八）进入本行业的主要障碍 (9) （九）影响行业发展的有利因素和不利因素 (10) （十）行业发展方向 (11) （十一）总结 (12) PVD真空镀膜机设备行业分析 （一）PVD真空镀膜技术 PVD真空镀膜技术，PVD是Physical Vapor Deposition的缩写，意思是“物理气相沉积”，指在真空条件下，用物理方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。 PVD(物理气相沉积)技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜，三种主要的真空镀膜技术可以满足常生产、生活领域的所有常见基材（塑料、玻璃、金属、薄膜、瓷等）的镀膜需要。近十多年来，真空离子镀技术发展最快，已经成为当代最先进的表面处理方法之一。 PVD镀膜技术种类表 类型介绍 蒸发镀膜加热靶材使表面组分以原子团或离子形式被蒸发出来，并且沉降在基片表面，通过成膜过程（散点－岛状结构-迷走结构-层状生长）形成薄膜。 溅射镀膜利用电子或高能激光轰击靶材，并使表面组分以原子团或离子形式被溅射出来，并且最终沉积在基片表面，经历成膜过程，最终形成薄膜。 离子镀膜离子镀是在真空蒸发镀和溅射镀膜的基础上发展起来的一种镀膜新技术，将各种气体放电方式引入到气相沉积领域，整个气相沉积过程都是在等离 子体中进行。 其他如真空卷绕镀膜是一种利用物理气相沉积的方法在柔性基体上连续镀膜的技术，以实现柔性基体的一些功能性、装饰性属性。 需要镀膜的被称为基片，镀的材料被称为靶材，基片与靶材同在真空腔中。蒸发镀膜是加热靶材使表面组分以原子团或离子形式被蒸发出来，并且沉降在基片表面，通过成膜过程（散点－岛状结构-迷走结构-层状生长）形成薄膜。溅射类镀膜，可以理解为利用电子或高能激光轰击靶材，并使表面组分以原子团或离子形式被溅射出来，并且最终沉积在基片表面，经历成膜过程，最终形成薄膜。离子镀是在真空蒸发镀和溅射镀膜的基础上发展起来的一种镀膜新技术，将各种气体放电方式引入到气相沉积领域，整个气相沉积过程都是在等离子体中进行的。离子镀大大提高了膜层粒子能量，可以获得更优异性能的膜层，扩大了“薄膜”的应用领域，是一项发展迅速、受人青睐的新技术。广义来讲，离子镀膜的特点是：镀膜时，工件（基片）带负偏压，工件始终受高能离子的轰击，形成膜层的膜基结合力好、膜层的绕镀性好、膜层组织可控参数多、膜层粒子总体能量高，容易进行反应沉积，可以在较低温度下获得化合物膜层。 真空镀膜技术的现状及发展 薄膜是一种物质形态，它所使用的膜材料非常广泛，可以是单质元素或化合物，也可以是无机材料或有机材料。薄膜与块状物质一样，可以是单晶态的，多晶态的或非晶态的。近年来功能材料薄膜和复合薄膜也有很大发展。镀膜技术及薄膜产品在工业上的应用非常广泛，尤其是在电子材料与元器件工业领域中占有及其重要的地位。 镀膜方法可以分为气相生成法，氧化法，离子注入法，扩散法，电镀法，涂布法，液相生长法等。气相生成法又可分为物理气相沉积法，化学气相沉积法和放电聚合法等。 真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气相沉积法，是基本的薄膜制备技术。它们都要求淀积薄膜的空间要有一定的真空度。所以，真空技术是薄膜制作技术的基础，获得并保持所需的真空环境，是镀膜的必要条件。 真空系统的种类繁多。在实际工作中，必须根据自己的工作重点进行选择。典型的真空系统包括：获得真空的设备（真空泵），待抽空的容器（真空室），测量真空的器具（真空计）以及必要的管道，阀门和其它附属设备。 1 真空蒸发镀膜法 真空蒸发镀膜法是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。真空蒸发镀膜又可以分为下列几种： 1．1 电阻蒸发源蒸镀法 采用钽，钼，钨等高熔点金属，做成适当形状的蒸发源，其上装入待蒸发材料，让气流通过，对蒸发材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入氧化铝，氧化铍等坩锅中进行间接加热蒸发，这就是电阻加热蒸发法。 利用电阻加热器加热蒸发的镀膜机结构简单，造价便宜，使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对镀膜质量要求不太高的大批量的生产中，迄今为止，在镀铝制镜的生产中仍然大量使用着电阻加热蒸发的工艺。 电阻加热方式的缺点是：加热所能达到的最高温度有限，加热器的寿命液较短。近年来，为了提高加热器的寿命，国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导电陶瓷材料作为加热器。据日本专利报道，可采用20％～30％的氮化硼和能与其相熔的耐火材料所组成的材料来制作坩锅，并在表面涂上一层含62％～82％的锆，其余为锆硅合金材料。 1．2 电子束蒸发源蒸镀法 将蒸发材料放入水冷钢坩锅中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸发后凝结在基板表面成膜，是真空蒸发镀膜技术中的一种重要的加热方法和发展方向。电子束蒸发克服了一般电阻加热蒸发的许多缺点，特别适合制作熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。 依靠电子束轰击蒸发的真空蒸镀技术，根据电子束蒸发源的形式不同，又可分为环形枪，直枪，e型枪和空心阴极电子枪等几种。 环形枪是由环形的阴极来发射电子束，经聚焦和偏转后打在坩锅内使金属材料蒸发。它的结构较简单，但是功率和效率都不高，基本上只是一种实验室用的设备，目前在生产型的装置中已经不再使用。 直枪是一种轴对称的直线加速枪，电子从灯丝阴极发射，聚成细束，经阳极加速后打在坩锅中使镀膜材料融化和蒸发。直枪的功率从几百瓦至几百千瓦的都有，有的可用于真空蒸发，有的可用于真空冶炼。直枪的缺点是蒸镀的材料会污染枪体结构，给运行的稳定性带来困难，同时发射灯丝上逸出的钠离子等也会引起膜层的污染，最近由西德公司研究，在电子束的出口处设置偏转磁场，并在灯丝部位制成一套独立的抽气系统而做成直枪的改进形式，不但彻底干便了灯丝对膜的污染，而且还有利于提高枪的寿命。 《真空溅射技术》 第一章溅射技术 所谓“溅射”就是用荷能粒子(通常用气体正离子)轰击物体，从而引起物体表面原子从母体中逸出的现象。 1842年Grove(格洛夫)在实验室中发现了这种现象。 1877年美国贝尔实验室及西屋电气公司首先开始应用溅射原理制备薄膜。 1966年美国国际商用电子计算机公司应用高频溅射技术制成了绝缘膜。 1970年磁控溅射技术及其装置出现，它以“高速”、“低温”两大特点使薄膜工艺发生了深刻变化，不但满足薄膜工艺越来越复杂的要求，而且促进了新工艺的发展。 我国在1980年前后，许多单位竞先发展磁控溅射技术。目前在磁控溅射装置和相应的薄膜工艺研究上也已出现了工业性生产的局面。 第一节溅射理论及其溅射薄膜的形成过程 溅射理论 被荷能粒子轰击的靶材处于负电位，所以一般称这种溅射为阴极溅射。关于阴极溅射的理论解释，主要有如下三种。 蒸发论 认为溅射是由气体正离子轰击阴极靶，使靶表面受轰击的部位局部产生高温区，靶材达到蒸发温度而产生蒸发。 碰撞论 认为溅射现象是弹性碰撞的直接结果。轰击离子能量不足，不能发生溅射；轰击离子能量过高，会发生离子注入现象。 混合论 认为溅射是热蒸发论和碰撞论的综合过程。当前倾向于混合论。 u辉光放电 u直流辉光放电 在压力为102-10-1Pa的容器内，在两个电极间加上直流电压后所发生的放电过程如图： 电压小时，由宇宙射线或空间残留的少量离子和电子的存在只有很小的电流。增加电压，带电粒子能量增加，碰撞中性气体原子，产生更多带电粒子，电流随之平稳增加，进入“汤森放电区”。电流增加到一定程度，发生“雪崩”现象，离子轰击阴极，释放二次电子，二次电子与中性气体原子碰撞，产生更多离子，这些离子再轰击阴极，又产生更多的二次电子，如此循环，当产生的电子数正好产生足够多离子，这些离子能够再生出同样数量的电子时，进入自持状态，气体开始起辉，电压降低，电流突然升高，此为“正常辉光放电区”。放电自动调整阴极轰击面积，最初轰击是不均匀的，随着电源功率增大，轰击面积增大，直到阴极面上电流密度几乎均匀为止。当轰击区域覆盖整个阴极面后，再进一步增加功率，会使放电区内的电压和电流密度同时升高，进入溅射工艺工作区域，即“异常辉光放电区”。在该区域内，如果阴极没有水冷或继续增加功率，当电流密度达到约0.1A/cm2以上，将有热发射电子混入二次电子之中，随后发生又一个“雪崩”。由于输入阻抗限制着电压，将形成低压大电流的“弧光放电”。 形成“异常辉光放电”的关键是击穿电压V B，主要取决于二次电子的平均自由程和阴阳极之间的距离。为了引起最初的雪崩，每个二次电子必须产生出约10-20个离子。若气压太低或极间距离太小，二次电子撞到阳极之前，无法到达所需要的电离碰撞次数；若气压太高或极间距离太大，气体中形成的离子将因非弹性碰撞而减速，以致于当轰击阴极时，已无足够的能量产生二次电子。 直流辉光放电的形貌和参量分布图： i.阿斯顿暗区，不发生电离和激发； ii.阴极辉光区，气体分子激发发光； 磁控溅射镀膜简介 溅射薄膜靶材按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜相物理功能膜两大类。前者包括耐摩、减摩、耐热、抗蚀等表面强化薄膜材料、固体润滑薄膜材料, 后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料靶材等, 具体应用在玻璃涂层(各种建筑玻璃、ITO透明导电玻璃、家电玻璃、高反射后视镜及亚克力镀膜), 工艺品装饰镀膜, 高速钢刀具镀膜, 切削刀具镀膜, 太阳能反光材料镀膜, 光电、半导体、光磁储存媒体、被动组件、平面显示器、微机电、光学组件、及各类机械耐磨、润滑、生物医学, 各种新型功能镀膜(如硬质膜、金属膜、半导体膜、介质膜、碳膜、铁磁膜和磁性薄膜等) 采用Cr，Cr-CrN等合金靶材或镶嵌靶材，在N2,CH4等气氛中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀Cr,CrC,CrN等镀层。纯Cr的显微硬度为425～840HV，CrN为1000～350OHV，不仅硬度高且摩擦系数小，可代替水溶液电镀铬。电镀会使钢发生氢脆、速率慢，而且会产生环境污染问题。 用TiN，TiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、模具等的工作特性，又可以提高使用寿命，一般可使刀具寿命提高3～10倍。 TiN，TiC，Al2O3等膜层化学性能稳定，在许多介质中具有良好的耐蚀性，可以作为基体材料保护膜。溅射镀膜法和液体急冷法都能制取非晶态合金，其成分几乎相同，腐蚀特性和电化学特性也没有什么差别，只是溅射法得到的非晶态膜阳极电流和氧化速率略大。 在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不能用润滑油，只有用软金属或层状物质等固体润滑剂。常用的固体润滑剂有软金属(Au,Ag,Pb,Sn等)，层状物质(MoS2，WS2，石墨，CaF2，云母等)，高分子材料(尼龙、聚四氟乙烯等)等。其中溅射法制取MoS2膜及聚四氟乙烯膜十分有效。虽然MoS2膜可用化学反应镀膜法制作，但是溅射镀膜法得到的MoS2膜致密性好，附着性优良。MoS2溅射膜的摩擦系数很低，在0.02～0.05范围内。MoS2在实际应用时有两个问题:一是对有些基体材料如Ag,Cu,Be等目前还不能涂覆;二是随湿度增加，MoS2膜的附着性变差。在大气中使用要添加Sb2O3等防氧化剂，以便在MoS2表面形成一种保护膜。 溅射法可以制取聚四氟乙烯膜。试验表明，这种高分子材料薄膜的润滑特性不受环境湿度的影响，可长期在大气环境中使用，是一种很有发展前途的固体润滑剂。其使用温度上限为5OoC，低于-260oC时才失去润滑性。 MoS2、聚四氟乙烯等溅射膜，在长时间放置后性能变化不大，这对长时间备用、突然使用又要求可靠的设备如防震、报警、防火、保险装置等是较为理想的固体润滑剂。 内容来源：宝钢代理商https://www.360docs.net/doc/9614063150.html, 欢迎多多交流！！！ 物理气相沉积真空镀膜设备介绍 （上海大学材料科学与工程学院电子信息材料系，上海200444） 摘要：本文主要介绍了五类物理气相沉积的真空镀膜设备。五种设备分别为：电阻式蒸发装置、电子束蒸发装置、电弧蒸发装置、激光蒸发装置以及空心阴极蒸发装置。介绍了相关设备的原理，优缺点等。其中，着重列出了有关电子束蒸发装置的其中一个应用，是厚度为200μm左右的独立式的铁铬-Y2O3非晶态/晶态复合涂层的已经从基板温度500oC左右的铁铬和氧化钇材料的电子束物理气相沉积产生。 Abstract:It describes the five physical vapor deposition vacuum coating 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 disadvantages. 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 with a substrate temperature of 500 ℃ around. 关键词：电阻式蒸发装置、电子束蒸发装置、电弧蒸发装置、激光蒸发装置、空心阴极蒸发装置 Keyword :Resistive evaporation apparatus, an electron beam evaporation apparatus, arc evaporation apparatus, a laser evaporation apparatus, a hollow cathode evaporation device 黑色实验总结 1、材料对比 ⑴ TiC TiC是最常见、最经济的一种黑色硬质膜。颜色可以做到比较深，耐磨性能也很好，但其色调不够纯正，总是黑中略带黄色。并且由于钛的熔点相对较低，在溅射时易出现大的颗粒，使其光令度不易得到改善。防指印的能力也不好，擦后变黄、变朦。 ⑵ CrC CrC的总体色调相对TiC要好，虽然达不到TiC那样黑，但更纯正，带白。由于铬在溅射时直接由固态直接变为气态，故虽然铬的溅射系数很大，膜层沉积速率很快，但其光令度却比TiC好。防指印性能也比TiC好。Cr为脆性材料，膜层的残余应力对耐磨性能的影响尤为重要。 ⑶ TiAlC 由于铝有细化晶粒的作用，所以TiAlC膜层的光令度和防指印的能力均较好。但是铝的熔点很低，要求铝靶的冷却效果要好，施加在铝靶上的功率也不能太大。从TiAlC膜层本身来说，也要求铝的含量要低，不然不够黑。但如果铝靶的功率太低，很容易中毒。建议采用平面铝靶或使用一定铝含量的铝钛合金靶材。 ⑷ TiCrAlC TiCrAlC是用小平面靶试电的，结果光令度和防指印的能力很好，这可能有两个原因：①材料本身的光令度和防指印的能力较好；②采用平面靶轰击打底。其耐磨能力也比较好，这可能是由于：①TiCrAl靶材致密；②TiCrAlC本身比较耐磨；③小平面靶的功率密度比较高，溅射出的粒子能量较高，故膜层致密。 ⑸ TiCN TiCN是一种硬度与耐磨性能较好的薄膜，其颜色甚至可以比TiC更黑，手摸起来不光滑，有粘粘的感觉，但防指印的能力却很好，擦后不会变色，也不会变朦。 2、实验机配置 ⑴ 电源 ① AE中频电源 AE电源的精度很高，对靶材的要求不高，电源自我保护的能力比较强，也因此对真空度等外界条件的要求更苛刻，易灭辉。镀出的CrC膜层光令度与防指印的效果较好，但颜色黑中带蓝。耐磨性能也是试过的电源中最好的。 ② 新达中频电源 新达电源的功率比较大，可以并机使用的它的一大优势。镀出的CrC膜层很黑，但带白，耐磨能力比AE电源镀出的膜层要查差。 ③ 盛普中频电源 盛普电源的稳定性相对其它电源来说要差一些，实际功率不大。镀出的CrC膜层略显黄色， 真空镀膜机的详细结构 高真空镀膜机，镀膜机是目前制作真空条件应用最为广泛的设备。其相关组成及各部件：机械泵、增压泵、油扩散泵、冷凝泵、真空测量系统. 下面本人详细介绍各部分的组成及工作原理。 一、真空主体——真空腔 根据加工产品要求的各异，真空腔的大小也不一样，目前应用最多的有直径1.3M、0.9M、1.5M、1.8M 等，腔体由不锈钢材料制作，要求不生锈、坚实等，真空腔各部分有连接阀，用来连接各抽气泵浦。 二、辅助抽气系统 此排气系统采用“扩散泵+机械泵＋罗茨泵＋低温冷阱＋p olycold”组成 排气流程为：机械泵先将真空腔抽至小于2.0*10-2PA左右的低真空状态，为扩散泵后继抽真空提供前提，之后当扩散泵抽真空腔的时候，机械泵又配合油扩散泵组成串联，以这样的方式完成抽气动作。 排气系统为镀膜机真空系统的重要部分，主要有由机械泵、增压泵（主要介绍罗茨泵）、油扩散泵三大部分组成。 机械泵：也叫前级泵，机械泵是应用最广泛的一种低真空泵，它是用油来保持密封效果并依靠机械的方法不断的改变泵内吸气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空。 机械泵有很多种，常用的有滑阀式（此主要应用于大型设备）、活塞往复式、定片式和旋片式（此目前应用最广泛，本文主要介绍）四种类型。 机械泵常常被用来抽除干燥的空气，但不能抽除含氧量过高、有爆炸性和腐蚀性的气体，机械泵一般被用来抽除永久性的气体，但是对水气没有好的效果，所以它不能抽除水气。旋片泵中起主要作用的部件是定子、转子、弹片等，转子在定子里面但与定子不同心轴，象两个内切圆，转子槽内装有两片弹片，两弹片中间装有弹簧，保证了弹片紧紧贴在定子的内壁。 它的两个弹片交替起着两方面的作用，一方面从进气口吸进气体，另一方面压缩已经吸进的气体，将气体排出泵外。转子每旋转一周，泵完成两次吸气和两次排气。当泵连续顺时针转动时，旋片泵不断的通过进气口吸入气体，又从排气口不断的排出泵外，实现对容器抽气的目的。为了提高泵的极限真空度，均将泵的定子浸在油里面这样，在各处的间隙中及有害空间里面经常保持足够的油，把空隙填满，所以油一方面起到了润滑作用，另一方面又起了密封和堵塞缝隙及有害空间的作用，防止气体分子通过各种渠道反流到压强低的空间去。 机械泵是从大气开始工作的，它的主要参数有极限真空，抽气速率，此为设计与选用机械泵的重要依据。单级泵可以将容器从大气抽到1.0*10-1PA的极限真空，双级机械泵可以将容器从大气抽到6.7*10-2帕，甚至更高。 抽气速率，是指旋片泵按额定转数运转时，单位时间内所能排出气体的体积，可以用下公式计算： Sth=2nVs=2nfsL fs表示吸气结束时空腔截面积，L表示空腔长度，系数表示转子每旋转一周有两次排气过程，Vs表示当转子处于水平位置的时候，吸气结束，此时空腔内的体积最大，转速为n。 高真空磁控溅射镀膜系统介绍 1.设备简介 ●名称：高真空磁控溅射镀膜系统 ●型号：JGP560 ●极限真空：6.60E-05 Pa ●最高可控可调温度：500℃（1个样品位） ●3个靶位，8个样品位 2.真空简介 ●真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。在“真空” 中，声音因为没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受真空的影响。 事实上，在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部份 物质被排出，使其压强小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空 或真空状态。1真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单 位。目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。 ●我国真空区域划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空。 ●高真空的获得 油扩散泵的结构 ●真空镀膜 ●真空镀膜实质上是在高真空状态下利用物理方法在镀件的表面 镀上一层薄膜的技术，它是一种物理现象。 ●真空镀膜按其方式不同可分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和现 代发展起来的离子镀膜。 3.磁控溅射镀膜原理介绍 ●磁控溅射法是一种较为常用的物理沉积法。磁控溅射是在真空室中，利 用低压气体放电现象，使处于等离子状态下的离子轰击靶表面，并利用环状磁场控制辉光放电，使溅射出的粒子沉积在基片上。磁控溅射可以方便地制取高熔点物质的薄膜，在很大面积上可以制取均匀的膜层。 ●磁控溅射工艺流程 在镀膜过程中，工艺的选择对薄膜的性能具有重要的影响，根据磁控溅射技术原理，结合设备的实际应用，制定工艺流程如图1 ●膜层的要求 磁控溅射膜层的沉积是物理气相沉积。膜层厚度范围为nm～μm数量级，膜厚＜550nm，对光有干涉作用，属于薄膜范畴，通常称薄膜技术。 太阳能集热管内管外壁镀膜是采用属于物理气相沉积技术的磁控溅射镀获得太阳光谱选择吸收薄膜。 ●磁控溅射镀 磁控溅射镀特点 溅射速率高，沉积速率高 磁控溅射阴极源是一个较为理想的可控源，沉积的膜层厚度与溅射源的功率或放电电流有较好的线性相关性，所以有较好的可控性， 能较好地实现批量生产产品的一致性和重复性。 溅射源采用靶材有广泛的选择性和组合性 溅射源可较理想地置于真空室内长时间稳定工作，获得纯正的膜层，确保膜层质量。 PVD真空镀膜简介 1. PVD的含义—PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，中文意思是“物理气相沉积”，是指在真空条件下，用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。 2. PVD镀膜和PVD镀膜机—PVD(物理气相沉积)镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技术的三个分类，相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。近十多年来，真空离子镀膜技术的发展是最快的，它已经成为当今最先进的表面处理方式之一。我们通常所说的PVD镀膜，指的就是真空离子镀膜；通常所说的PVD镀膜机，指的也就是真空离子镀膜机。 3. PVD镀膜技术的原理—PVD镀膜（离子镀膜）技术，其具体原理是在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。 4. PVD镀膜膜层的特点—采用PVD镀膜技术镀出的膜层，具有高硬度、高耐磨性（低摩擦系数）、很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点，膜层的寿命更长；同时膜层能够大幅度提高工件的外观装饰性能。 5. PVD镀膜能够镀出的膜层种类—PVD镀膜技术是一种能够真正获得微米级镀层且无污染的环保型表面处理方法，它能够制备各种单一金属膜（如铝、钛、锆、铬等),氮化物膜（TiN、ZrN、CrN、TiAlN）和碳化物膜（TiC、TiCN),以及氧化物膜（如TiO等)。 6. PVD镀膜膜层的厚度—PVD镀膜膜层的厚度为微米级，厚度较薄，一般为0.3μm ～5μm，其中装饰镀膜膜层的厚度一般为0.3μm ～1μm ，因此可以在几乎不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能，镀后不须再加工。 7. PVD镀膜能够镀出的膜层的颜色种类—PVD镀膜目前能够做出的膜层的颜色有深金黄色，浅金黄色，咖啡色，古铜色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色等。通过控制镀膜过程中的相关参数，可以控制镀出的颜色；镀膜结束后可以用相关的仪器对颜色进行测量，使颜色得以量化，以确定镀出的颜色是否满足要求。 薄膜/涂层制备技术 (磁控溅射和电弧离子镀)及应用 薄膜/涂层的概念与特点 薄膜/涂层的概念与特点与分类 薄膜/涂层的种类及应用 薄膜和涂层的制备方法真空镀膜的现状与发展趋势
真空蒸发和离子溅射镀膜
磁控溅射镀膜原理和工艺设计
真空镀膜试验
真空镀膜机操作指导
真空镀膜设备项目规划方案
真空镀膜技术
PVD真空镀膜设备行业分析报告
真空镀膜技术的现状及发展
真空溅射技术
磁控溅射镀膜简介
物理气相沉积真空镀膜设备介绍要点
磁控溅射镀膜多年经验总结
真空镀膜机的详细结构
高真空磁控溅射镀膜系统介绍
PVD真空镀膜简介
磁控溅射和电弧离子镀技术和应用介绍
雷浩
概念：薄膜/涂层是一类用特殊方法获得的，依 靠基体支撑并具有与基体不同的结构和性能的 二维材料。薄膜(Films)：厚度 < 1m,如光电功 能薄膜等；涂层(Coatings)：厚度 ≥ 1m,如硬质 涂层、防护涂层等。
薄膜/涂层特征： 1）厚度 （纳米，微米，毫米） 2）有基体支撑（不是单独存在的） 3）特殊的结构和性能（与块体材料相区别） 4）特殊的形成方式
应用： 光学薄膜、微电子薄膜、光电子学薄膜、集成电路薄 膜、防护功能薄膜。
? 种类：
（1）以材料种类划分：金属、合金、陶瓷、半导体、化 合物、高分子薄膜等。 （2）以晶体结构划分：单晶、多晶、纳米晶、非晶 （3）以厚度划分：纳米薄膜，微米薄膜和厚膜。 （4）以薄膜组成结构划分：多层薄膜，梯度薄膜，复合 薄膜。
? 电子工业：电极、电阻膜、电介质膜、绝缘膜、 透明导电膜、超导膜等。
? 光学工业：荧光膜、反射膜、增透膜、干涉膜 等。
? 机械工业：硬化膜、耐热膜、耐腐蚀膜等。 ? 能源工业：聚热膜、防反射膜、透射膜等。 ? 传感器：热敏、气敏、压敏、氧气传感器、红
外线传感器等。 ? 其它：装饰膜等。
湿式成膜 干式成膜
电镀 化学镀 微弧氧化 溶胶-凝胶膜
涂敷法（喷涂、甩胶、浸涂）
热浸渗（化学热处理）、热扩散法 电阻热蒸发
物理气相沉积 （PVD）
真空蒸发镀 溅射沉积
电子束蒸发 激光蒸发
电弧离子镀
化学气相沉积 （CVD）
等离子体增强CVD(PECVD) 辉光CVD，热丝CVD