蒸发镀与离子镀
真空蒸发和离子溅射镀膜
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。
pvd工艺流程最简单方法
VD (Physical Vapor Deposition) 即物理气相沉积，分为：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。
我们通常所说的PVD镀膜，指的就是真空离子镀膜；通常说的NCVM镀膜，就是指真空蒸发镀膜和真空溅射镀。
真空蒸镀基本原理：在真空条件下，使金属、金属合金等蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，电子束轰击镀料，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：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。
溅射镀膜中的入射离子，一般采用辉光放电获得，在l0-2Pa～10Pa范围，所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中，易和真空室中的气体分子发生碰撞，使运动方向随机，沉积的膜易于均匀。
离子镀基本原理：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。
离子镀的工艺过程：蒸发料的粒子作为带正电荷的高能离子在高压阴极（即工件）的吸引下，以很高的速度注入到工件表面。
离子镀的作用过程如下：蒸发源接阳极，工件接阴极，当通以三至五千伏高压直流电以后，蒸发源与工件之间产生辉光放电。
由于真空罩内充有惰性氩气，在放电电场作用下部分氩气被电离，从而在阴极工件周围形成一等离子暗区。
带正电荷的氩离子受阴极负高压的吸引，猛烈地轰击工件表面，致使工件表层粒子和脏物被轰溅抛出，从而使工件待镀表面得到了充分的离子轰击清洗。
随后，接通蒸发源交流电源，蒸发料粒子熔化蒸发，进入辉光放电区并被电离。
带正电荷的蒸发料离子，在阴极吸引下，随同氩离子一同冲向工件，当抛镀于工件表面上的蒸发料离子超过溅失离子的数量时，则逐渐堆积形成一层牢固粘附于工件表面的镀层。
第6章 离子镀膜
表 4-2 不同镀膜工艺的表面能量活性系数
镀膜工 艺艺 真空蒸发 溅射 能量活 性系数 1 5~10 参数
蒸发粒子所具有的能量 E v 0.2 eV 溅射粒子所具有的能量 E s 1 10 eV 离化率 n i / n v 平均加速电压U i
离子镀
1.2 3.5 25 250 2500
4.中性原子
• 受到碰撞的中性金属粒子的数量大约为金属离子数的20倍； • 但是，并非所有的高能中性原子都能到达基板。通常，约 有70%左右可到达基板，其余30%则到达器壁、夹具等处。 • 这些高能中性原子的平均能量为eVc/22，当Vc为1~5kV 时，其平均能量为45~225eV。考虑到粒子间碰撞几率不 相同，离子和高能中性原子的能量将在零至数千伏范围内 变化，个别粒子的能量也能达到1~5keV。 • D.G.Teer测出金属的离化率只有0.1~1%。中性能量的原 子为其的20倍。 • 所以，由于产生了大量高能中性原子，故提高了蒸发粒子 的总能量。因此，使得离子镀具有许多优点。
• (4) 可镀材质范围广泛。可在金属或非金属表面上镀金属 或非金属材料。如塑料、石英、陶瓷和橡胶等材料，以及 各种金属、合金和某些合成材料、敏感材料、高熔点材料 等。 • （5） 有利于化合物膜层的形成。 • 在离子镀技术中，在蒸发金属的同时，向真空室通入某些 反应性气体，则可反应生成化合物。由于辉光放电低温等 离子体中高能电子的作用，将电能变成了金属粒子的反应 活化能，所以可在较低温度下形成在高温下靠热激发才能 形成的化合物。 • （6） 淀积速率高，成膜速度快，可镀较厚的膜。通常， 离子镀淀积几十微米厚的膜层时，其速度较其他镀膜方法 快。试验表明：离子镀钛每小时约为0.23㎜，镀不锈钢约 为0.3㎜。
离子镀原理
离子镀原理一、引言离子镀是一种先进的表面处理技术，其基本原理是将气体引入真空镀膜室内，通过气体放电和离子化过程，将气体或固体颗粒离子化，然后将这些离子沉积在基材表面形成薄膜。
与传统的镀膜技术相比，离子镀具有许多独特的优点，如沉积速率高、附着力强、薄膜质量好等。
因此，离子镀在许多领域得到了广泛的应用，如光学、电子、机械、化学等领域。
二、离子镀原理概述离子镀的基本原理主要包括气体放电和离子化过程、基材偏压和离子能量、薄膜沉积过程等几个方面。
1.气体放电和离子化过程气体放电和离子化过程是离子镀的关键环节之一。
在真空镀膜室内，通过辉光放电或弧光放电等方式，使引入的气体或固体颗粒发生电离，形成大量的正离子和负离子。
这些离子在电场的作用下加速向基材表面运动，从而实现沉积。
气体的放电和离子化过程可以通过各种不同的电源和控制方式来实现。
2.基材偏压和离子能量基材偏压和离子能量是影响离子镀的重要因素。
基材偏压是指基材表面相对于镀膜室电极的电位差，它可以影响离子的运动轨迹和能量。
通过调整基材偏压，可以控制离子的沉积速度、薄膜的质量和附着力等。
离子的能量则决定了其与基材表面原子的相互作用程度，从而影响薄膜的结构和性能。
离子的能量可以通过控制放电电压和电流来调节。
3.薄膜沉积过程薄膜沉积过程是离子镀的主要环节之一。
在气体放电和离子化的过程中，正离子和负离子在电场的作用下加速向基材表面运动，并与基材表面碰撞，将能量传递给基材表面的原子或分子，使其脱离基材表面并被蒸发或溅射。
这些被蒸发或溅射的原子或分子在基材表面重新凝结形成薄膜。
在沉积过程中，可以通过控制沉积速率、温度、气体流量等参数来优化薄膜的结构和性能。
三、离子镀的特点离子镀作为一种先进的表面处理技术，具有许多独特的优点。
其主要特点包括：1.沉积速率高：由于气体放电和离子化的过程中可以形成大量的离子，因此离子镀的沉积速率较高，可以大大缩短加工时间和降低生产成本。
2.附着力强：由于离子镀过程中基材表面被高能离子反复轰击和刻蚀，使其表面粗糙度增加，形成“锚定”效应，使得薄膜与基材的附着力更强。
玻璃镀膜技术
玻璃镀膜技术一、概述玻璃镀膜技术是一种将金属或非金属材料沉积在玻璃表面的工艺。
它可以改变玻璃的光学、机械和化学特性，提高其硬度、耐磨性、耐腐蚀性和透光性等方面的性能。
二、原理1. 蒸发镀膜法该方法是将金属或非金属材料加热到其沸点，使其蒸发形成气态物质，然后在真空下沉积在玻璃表面。
这种方法可以制备单层或多层堆积的镀膜。
2. 离子镀膜法该方法是将金属或非金属材料加热到其沸点，使其蒸发形成气态物质，并通过离子束轰击将其沉积在玻璃表面。
这种方法可以制备高质量的单层或多层堆积的镀膜。
3. 化学气相沉积法该方法是通过化学反应将金属或非金属材料转化为气态物质，并在真空下沉积在玻璃表面。
这种方法可以制备高质量、均匀的单层或多层堆积的镀膜。
三、应用1. 太阳能电池板玻璃镀膜技术可以制备透明导电膜，用于太阳能电池板的制造。
透明导电膜可以提高太阳能电池板的转换效率。
2. 汽车玻璃玻璃镀膜技术可以制备防紫外线、隔热、防眩光等功能性涂层，用于汽车玻璃的制造。
这些涂层可以提高汽车玻璃的使用寿命和安全性。
3. 建筑玻璃玻璃镀膜技术可以制备隔热、保温、防紫外线等功能性涂层，用于建筑玻璃的制造。
这些涂层可以提高建筑物的节能效果和舒适性。
4. 光学器件玻璃镀膜技术可以制备反射镜、滤光片、偏振片等光学器件。
这些器件可以应用于激光器、摄像机等领域。
四、发展趋势1. 现代化制造技术的应用随着现代化制造技术的不断发展，玻璃镀膜技术也将不断得到改进和完善，以满足市场需求。
2. 新材料的开发新材料的开发将推动玻璃镀膜技术的进一步发展。
例如，纳米材料可以提高涂层的硬度和耐磨性，从而提高玻璃的使用寿命。
3. 环保型涂层的开发环保型涂层将成为未来玻璃镀膜技术发展的重要方向。
这些涂层可以减少对环境的污染，同时提高产品质量和市场竞争力。
五、结论玻璃镀膜技术是一种重要的表面处理工艺，具有广泛的应用前景。
随着科学技术和工业生产水平的不断提高，该技术将会得到更加广泛地应用和推广。
离子镀膜法
离子镀膜技术——离子镀膜的类型 ★ 离子镀膜的类型
按薄膜材料气化方式分类：
电阻加热、电子束加热、高频感应加热、阴极弧 光放电加热等。
按原子或分子电离和激活方式分类：
辉光放电型、电子束型、热电子型、电弧放电型、 以及各种离子源。 一般情况下，离于镀膜设备要由真空室、蒸发源 ( 或 气源、溅射源等 ) 、高压电源、离化装置、放置基片的阴 极等部分组成。
离子镀膜技术——离子轰击的作用
溅射清洗
薄膜淀积前对基片的离子轰击。将产生如下 结果：
溅射清洗作用 吸附气体、各种污染物、氧化物
产生缺陷和位错网
入射粒子传递给靶材原子的能量超过靶原子发生离位的 最低能量时，晶格原子将会离位并迁移到晶格的间隙位置上 去，从而形成空位、间隙原子和热激励。轰击粒子将大部分 能量传递给基片使其发热，增加淀积原子在基片表面的扩散 能力，某些缺陷也可以发生迁移、聚集成为位错网。
离子镀膜技术——离子轰击的作用
破坏表面晶格 离子轰击产生的缺陷很稳定的话，表面的晶体结构 就会被破坏而成为非晶态 气体掺入 不溶性气体的掺入能力决定于迁移率、捕获位置、 基片温度及淀积粒子的能量大小 非晶材料捕集气体的能力比晶体材料强。
表面成分改变 溅射率不同 表面形貌变化 表面粗糙度增大，溅射率改变 温度升高
由于高能粒子轰击，基片温度较高，有时不得不 对基片进行冷却。
薄膜中含有气体量较高。
离子镀膜技术——离子轰击的作用 ★ 离子轰击的作用
离子镀膜的整个过程中都存在着离子轰击。 离化率：是指被电离的原子数占全部蒸发原子的百分数。
中性粒子的能量 W n E
3kTv Ev 2
离子镀膜技术——离子镀膜的类型
直流二极型离子镀
蒸发和溅射镀膜的异同
蒸发和溅射镀膜的异同【中文文章】标题：蒸发和溅射镀膜的异同：优缺点和应用领域导语：在现代科技的推动下，薄膜技术逐渐成为许多行业的关键领域。
在实现高品质、高效率和高性能的器件中，蒸发和溅射镀膜技术被广泛应用。
本文将深入探讨蒸发和溅射镀膜的异同点，并详细介绍它们的优缺点及在各个领域中的应用。
一、蒸发镀膜技术1.1 原理概述蒸发镀膜是一种通过加热源的辅助，在真空环境下将固态材料转变为气态，再通过沉积在基底材料上的方法实现薄膜覆盖。
其基本原理是源材料的加热后会蒸发成气体，然后沉积在待处理的基底材料上。
1.2 优点与应用在蒸发镀膜技术中，最大的优点是可实现较高的纯度，因为热蒸发过程中会使杂质残留减少。
该技术对于低温材料处理较为适用，且具有良好的均匀性和薄膜厚度控制能力。
由于其较高的材料利用率和低成本，蒸发镀膜在光学镀膜、电子器件制造和太阳能电池等领域得到广泛应用。
二、溅射镀膜技术2.1 原理概述溅射镀膜是一种通过离子轰击材料或离子束辅助的方法，使固态材料脱离基底材料并沉积在待处理的基底上。
其基本原理是将材料靶作为阴极，通入惰性气体后通过高能离子轰击靶材，使得靶材表面的原子或分子脱离并沉积在基底上。
2.2 优点与应用溅射镀膜技术具有较高的沉积速率和良好的附着力，能够在较低的加热温度下实现高质量的薄膜覆盖。
其能够沉积多种材料，如金属、陶瓷和复合膜等，并具有较高的材料利用率。
溅射镀膜广泛应用于显示器制造、集成电路制造和太阳能电池等领域，由于其对不同材料有较好的适应性和较高的成膜效率。
三、蒸发镀膜与溅射镀膜的比较3.1 优点对比蒸发镀膜在薄膜材料纯度、均匀性和薄膜厚度控制上有明显优势；而溅射镀膜在成膜效率、附着力和材料适应性方面优于蒸发镀膜。
3.2 缺点对比蒸发镀膜的材料利用率相对较低，而溅射镀膜的成本较高。
3.3 应用领域对比蒸发镀膜在光学镀膜、电子器件制造和太阳能电池等领域有广泛应用；溅射镀膜在显示器制造、集成电路制造和太阳能电池等领域应用较多。
不同真空镀膜技术的原理、优势与缺陷
不同真空镀膜技术的原理、优势与缺陷作者：周翔宇来源：《中国科技纵横》2019年第01期摘要：真空镀膜技术是一种先进的在真空条件下进行的表面处理技术，具有传统镀膜技术无可比拟的优点。
随着科学技术的不断发展，在电子、机械、医疗等领域的作用日益突出。
本文介绍了几种常见的真空镀膜技术，总结了真空蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀膜等技术的原理与特点。
本文重点分析了各种镀膜技术的优势与缺陷，并解释其不同运用与其优缺点间的关联。
最后，对真空镀膜技术的前景与发展进行了展望。
关键词：真空镀膜技术;优势;缺陷中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）01-0055-031 引言随着科技的进步，基于材料与器件表面所特有的一系列性质与作用，人们越来越多的关注材料与器件的表面/界面问题。
在当今科技的支柱产业半导体行业中，不同半导体材料间的接触与电荷传输、半导体表面的抗腐蚀性等在半导体器件的设计与制备中尤为重要[1-4]。
针对界面与表面问题我们发展出了表面工程进行修饰与改造，对当今的科学研究与技术进步具有重要的意义。
真空镀膜技术是一种非常有效的薄膜沉积及表面镀层技术。
真空镀膜技术是在真空条件下，将物质转变为气相并沉积到器件表面的技术[5-7]。
相较于其他薄膜及涂镀层技术，由于真空镀膜技术的尺度在分子、原子层面，且又有真空技術的应用结合，真空镀膜不仅可以获得超薄的表面镀层，同时具有速度快、纯度高、附着力好、适用范围广、环保无公害等突出优点，在改善材料性能等方面意义重大。
真空镀膜技术种类繁多，如热蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀膜等。
不同镀膜方式由于其所遵循的原理与使用的技术手段不同，因此适用的情况也不尽相同。
通过探明各种镀膜方式的原理与技术，可以找到不同的真空镀膜技术的优缺点与适用范围，以指导各个领域根据实际应用的需求采用适宜的镀膜技术。
2 真空镀膜技术真空镀膜技术主要分为两个部分，即“真空的获得”与“薄膜的形成”。
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真空镀膜中常用的方法有真空蒸发和离子溅射。
真空蒸发镀膜是在真空度不低于10-2Pa的环境中，用电阻加热或电子束和激光轰击等方法把要蒸发的材料加热到一定温度，使材料中分子或原子的热振动能量超过表面的束缚能，从而使大量分子或原子蒸发或升华，并直接沉淀在基片上形成薄膜。
离子溅射镀膜（多弧）是利用气体放电产生的正离子在电场的作用下的高速运动轰击作为阴极的靶，使靶材中的原子或分子逸出来而沉淀到被镀工件的表面，形成所需要的薄膜。
真空蒸发镀膜最常用的是电阻加热法，其优点是加热源的结构简单，造价低廉，操作方便；缺点是不适用于难熔金属和耐高温的介质材料。
电子束加热和激光加热则能克服电阻加热的缺点。
电子束加热上利用聚焦电子束直接对被轰击材料加热，电子束的动能变成热能，使材料蒸发。
激光加热是利用大功率的激光作为加热源，但由于大功率激光器的造价很高，目前只能在少数研究性实验室中使用。
(蒸发镀即电子枪，就是把要用的金属块如铬放到坩埚里面然后加热使其蒸发，与其中的N2，还有氩气等其他气体，一起吸附在阴极基材上。
温度380℃~420℃)
溅射技术与真空蒸发技术有所不同。
“溅射”是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子或分子从表面射出的现象。
射出的粒子大多呈原子状态，常称为溅射原子。
用于轰击靶的溅射粒子可以是电子，离子或中性粒子，因为离子在电场下易于加速获得所需要动能，因此大都采用离子作为轰击粒子。
溅射过程建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于气体放电。
不同的溅射技术所采用的辉光放电方式
有所不同。
直流二极溅射利用的是直流辉光放电；三极溅射是利用热阴极支持的辉光放电；射频溅射是利用射频辉光放电；磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。
溅射镀膜与真空蒸发镀膜相比，有许多优点。
如任何物质均可以溅射，尤其是高熔点，低蒸气压的元素和化合物；溅射膜与基板之间的附着性好；薄膜密度高；膜厚可控制和重复性好等。
缺点是设备比较复杂，需要高压装置。
（离子溅射技术即多弧，就是用高电压轰击靶材，靶材就是用我们所要的如CrTi靶，轰击出来直接吸附到基材上，如果出现溶滴就是没有将靶材完全离子化。
420℃＋）此外，将蒸发法与溅射法相结合，即为离子镀。
这种方法的优点是得到的膜与基板间有极强的附着力，有较高的沉积速率，膜的密度高。