薄膜制备技术PVD
PVD制备TCO工艺总结
触控面板
TCO材料作为触控面板的导电膜层， 能够实现高灵敏度的触控响应。
显示器
TCO材料能够提高显示器的透光率 和色彩表现，广泛应用于液晶显示 器、OLED显示器等领域。
03 PVD制备TCO工艺流程
靶材选择
01
02
03
靶材纯度
选择高纯度靶材以保证薄 膜的纯净度，减少杂质和 缺陷。
靶材晶体结构
06 PVD制备TCO工艺未来展 望
技术发展趋势
1 2 3
高效能
随着科技的不断进步，PVD制备TCO工艺将朝着 更高效率和更低能耗的方向发展，提高生产效率 和降低成本。
智能化
智能化技术将应用于PVD制备TCO工艺中，实现 自动化控制和优化生产过程，提高产品质量和稳 定性。
环保化
环保法规日益严格，PVD制备TCO工艺将更加注 重环保和可持续发展，减少对环境的影响。
应用领域拓展
新材料领域
随着新材料技术的不断发展， PVD制备TCO工艺将应用于更多 新材料领域，如新型太阳能电池、 柔性电子等。
新能源领域
在新能源领域，PVD制备TCO工 艺将应用于太阳能电池、风力发 电等领域，推动可再生能源的发 展。
生物医疗领域
PVD制备TCO工艺在生物医疗领 域的应用也将逐渐增多，如生物 传感器、医疗设备等。
辉光放电产生等离子体
辉光放电原理
01
辉光放电是一种气体放电现象，通过高压电场使气体电离产生
等离子体。
辉光放电条件
02
控制放电电压、电流和气体流量等参数，以产生稳定和高效的
等离子体。
等离子体诊断
03
通过诊断工具对等离子体的性质进行监测，如电子温度、密度、
PVD制备TCO工艺总结
PVD制备TCO工艺总结PVD (Physical Vapor Deposition)工艺是一种常用的制备透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide，TCO）薄膜的方法。
TCO材料在太阳能电池、平板显示器等各种电子器件中具有重要的应用价值。
以下是PVD制备TCO工艺的总结：工艺流程：1.准备基底：选择适合的基底材料，如玻璃、聚合物等，并进行表面清洗和处理，以提高TCO薄膜的附着性。
2.准备靶材：选择合适的透明导电氧化物材料，如氧化锌（ZnO）或二氧化锡（SnO2）等，并将其制备成靶材。
3.靶材热蒸发：将制备好的靶材安装到蒸发器中，通入高纯度的惰性气体，如氩气。
通过加热靶材，使其蒸发并沉积在基底表面上。
4.薄膜沉积：在蒸发过程中，将基底放置在蒸发器上方的恰当位置，以使蒸发的材料能均匀地沉积在基底表面上。
可以调节基底与蒸发器之间的距离和角度来控制沉积速率和均匀性。
5.薄膜处理：制备好的TCO薄膜可能存在缺陷、杂质或应力等问题，需要进行后续的处理，如退火、离子束雕刻等，以提高薄膜的质量和性能。
6.薄膜测试：对制备好的TCO薄膜进行各项性能测试和表征，如电阻、透明度、厚度、粗糙度等，以确保薄膜符合要求。
工艺优点：1.高度可控性：PVD工艺可以精确地控制薄膜的沉积速率、成分和厚度，以满足特定应用的要求。
2.高成膜速率：通过调节蒸发器的参数，可以获得较高的薄膜沉积速率，提高生产效率。
3.薄膜质量优良：PVD工艺制备的TCO薄膜具有较高的结晶度和致密度，且表面光滑，有利于提高薄膜的传导性和透明度。
4.适用范围广：PVD工艺适用于各种基底材料和不同形状的器件制备，具有较高的工艺通用性。
工艺挑战：1.成本较高：相比于其他制备方法，PVD工艺需要较高的设备成本和能源消耗，因此在大规模生产中可能会受到经济因素的限制。
2.薄膜厚度均匀性：在PVD工艺中，薄膜的均匀性与基底与蒸发器之间的距离和角度有关。
半导体pvd设备原理
半导体pvd设备原理
半导体物理气相沉积（PVD）设备是一种常用于制备薄膜材料的技术。
这种设备基于物理原理，通过在真空环境下加热材料，使其升华并沉积在基底上，形成所需的薄膜。
PVD设备的工作原理如下：
将待沉积的材料放置在真空室中。
真空室的设计是为了排除外部空气，以确保材料在无氧环境下处理。
然后，通过加热材料，使其升华成为气态。
升华的材料蒸汽会扩散到真空室中，并沉积在基底表面上。
基底通常是需要涂覆薄膜的物体，例如电子器件或太阳能电池。
沉积过程可以通过不同的方法实现。
其中一种常用的方法是磁控溅射，它利用磁场将金属靶材的离子击打到基底上。
这种方法可以控制沉积速率和薄膜的成分。
另一种常用的方法是电子束蒸发，它使用电子束加热材料，使其升华并沉积在基底上。
电子束蒸发具有较高的沉积速率和较好的薄膜均匀性。
PVD设备的优点在于可以制备高质量的薄膜，并具有较好的控制能力。
通过调节沉积条件，可以控制薄膜的成分、厚度和结构。
这使得PVD设备在半导体制造、光电子学和纳米器件制备等领域得到广泛应用。
然而，PVD设备也存在一些局限性。
首先，沉积速率相对较低，需要较长的时间来制备较厚的薄膜。
此外，PVD设备对材料的选择性较差，只能用于制备一些高熔点的材料。
总的来说，半导体PVD设备是一种重要的制备薄膜材料的工具。
通过控制沉积条件，可以制备具有特定性质和结构的薄膜，满足不同应用的需求。
随着技术的不断进步，PVD设备将继续在材料科学和工程中发挥重要作用。
PPVD退镀工艺介绍完全版
PPVD退镀工艺介绍完全版PPVD（Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）是一种常用的薄膜制备技术，可以在材料表面形成均匀、致密、具有高附着力的薄膜。
该工艺使用了物理过程，如蒸发和溅射，而不需要化学反应，因此得名物理气相沉积。
PPVD工艺包括以下主要步骤：薄膜源材料的蒸发或溅射、通过惰性气体将蒸汽或粒子输送到基板表面、在基板上沉积形成薄膜。
下面将详细介绍每个步骤。
首先是薄膜源材料的蒸发或溅射。
蒸发是将固态材料加热至其沸点，使其转变成蒸汽。
通常，薄膜源材料被加热至高温状态，进而蒸发。
溅射是利用电弧放电、离子束等方法，将源材料击打出固体表面，使其形成粒子状态。
这些粒子或蒸汽化合物则被用来形成薄膜。
接下来是物质输送过程。
蒸汽或溅射的材料通过惰性气体，如氩气，输送到基板表面。
这种气体的作用是将蒸汽或粒子保持在运动状态，并将其引向基板，形成均匀的沉积。
最后是沉积过程。
蒸汽或粒子达到基板后，它们会凝结并附着在基板表面，形成薄膜。
这个过程中，基板通常被加热以提高薄膜的结晶度和附着力。
薄膜的厚度和性质可以通过调节蒸发源的温度、惰性气体的流量和沉积时间等参数来控制。
PPVD工艺具有许多优点。
首先，它可以在不同的基板上沉积薄膜，包括金属、绝缘体和半导体材料。
其次，薄膜沉积速度较快，可以在较短的时间内形成均匀的薄膜。
此外，PPVD工艺能够沉积非晶态或纳米晶薄膜，这些薄膜具有许多特殊性质，例如低摩擦、高硬度和超导性等。
总之，PPVD工艺是一种非常有用的薄膜制备技术，广泛应用于微电子、光学、太阳能电池、涂层保护等领域。
PPVD （Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）是一种常用的薄膜制备技术，可以在材料表面形成均匀、致密、具有高附着力的薄膜。
该工艺使用了物理过程，如蒸发和溅射，而不需要化学反应，因此得名物理气相沉积。
PPVD技术被广泛应用于微电子、光学、太阳能电池、涂层保护等众多领域。
薄膜技术中PVD和CVD的区别详解
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溅射法
直流溅射沉积装置
真空系统中，靶材
是需要溅射的材料， 它作为阴极。相对于 作为阳极的衬底加有 数千伏的电压。在对 系统预抽真空以后， 充入适当压力的惰性 气体。
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溅射法
溅射法分类
(1)直流溅射; (2)高频溅射; (3)磁控溅射； (4)反应溅射； (5)离子镀。
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真空蒸镀
蒸发源分类
（一）电阻加热蒸发 （二）电子束加热蒸发 （三）电弧加热蒸发 （四）激光加热蒸发
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真空蒸镀
真空蒸发的影响因素
1.物质的蒸发速度 2.元素的蒸汽压 3.薄膜沉积的均匀性 4.薄膜沉积的纯度
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真空蒸镀
薄膜沉积的纯度
蒸发源的纯度； 加热装置、坩埚可能造成的污染； 真空系统中的残留气体。
物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积法过程的三个阶段： 1，从原材料中发射出粒子； 2，粒子运输到基片； 3，粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
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物理气相沉积（PVD）
PVD
物理气相沉积技术中最为基本的两种方法就 是蒸发法和溅射法，另外还有离子束和离子助等 等方法。
蒸发法相对溅射法具有一些明显的优点，包 括较高的沉积速度，相对较高的真空度，以及由 此导致的较高的薄膜质址等。
薄膜制备
张洋洋
薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的 选择，基体材料的选择及表面处理， 薄膜制备条件的选择和薄膜结构、性 能与工艺参数的关系等。
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薄
膜
物理气相沉积（PVD）
制
化学气相沉积 （ CVD）
一种pvd的制作方法
一种pvd的制作方法
PVD即物理气相沉积技术，是通过激发气体分子在真空环境下蒸发或溅射目标材料的方法，在基材表面生成一层薄膜。
PVD的制作方法：
1. 准备目标材料。
将目标材料加热至一定温度，使其蒸发或溅射。
2. 制备真空环境。
将制作工具置于真空室中，在减压条件下形成真空环境，以避免大气中的杂质影响薄膜的质量。
3. 气体激发。
注入惰性气体（如氩、氦）至真空环境中，激发气体分子与蒸发或溅射出的目标材料相互作用。
4. 沉积薄膜。
目标材料蒸发或溅射后，其原子或分子会在真空环境中游离，最终在基材表面形成薄膜。
5. 控制沉积参数。
通过控制沉积参数（如沉积速率、电流、工作距离等）来控制生成薄膜的厚度和性质。
6. 结束沉积过程。
当达到所需厚度时，停止目标材料的蒸发或溅射，并恢复正常大气压环境。
PVD制作方法可以制备多种材料的薄膜，如金属、氧化物等，被广泛应用于电子、光学、化工、医疗等领域。
3 薄膜制备技术(PVD)(溅射)
直流溅射的基本原理：
在对系统抽真空后，充入一定压力的惰性气体，如氩气。在正负电极 间外加电压的作用下，电极间的气体原子将被大量电离，产生氩离 子和可以独立运动的电子，电子在电场作用下飞向阳极，氩离子则 在电场作用下加速飞向阴极—靶材料，高速撞击靶材料，使大量的 靶材料表面原子获得相当高的能量而脱离靶材料的束缚飞向衬底。
射频溅射装臵示意图
射频电场对于靶材的自偏压效应: 由于电子的运动速度比离子的速度大得多，因而相对于等离子体来说，等离 子体近旁的任何部位都处于负电位。 设想一个电极上开始并没有任何电荷积累。在射频电压的驱动下，它既可作 为阳极接受电子，又可作为阴极接受离子。在一个正半周期中，电极将接受大 量电子，并使其自身带有负电荷。在紧接着的负半周期中，它又将接受少量运 动速度较慢的离子，使其所带负电荷被中和一部分。经过这样几个周期后，电 极上将带有一定数量的负电荷而对等离子体呈现一定的负电位，此负电位对电 子产生排斥作用。 设等离子电位为Vp（为正值），则接地的真空室（包含衬底）电极（电位为 0）对等离子的电位差为-Vp，设靶电极的电位为Vc（是一个负值），则靶电 极相对于等离子体的电位差为Vc-Vp。 |Vc-Vp|幅值要远大于| -Vp|。因此，这 一较大的电位差使靶电极实际上处在一个负偏压之下，它驱使等离子体在加速 后撞击靶电极，从而对靶材形成持续的溅射。
.DISTANCE(Torr-cm)
辉光放电的巴邢曲线
等离子体鞘层
辉光放电等离子体中电离粒子的密度和平均能量均较低， 而放电的电压则较高，此时质量较大的离子、中性原子和 原子团的能量远远小于质量极小的电子的能量，这是因为 电子由于质量小极易在电场中加速而获得能量。 不同粒子还具有不同的平均速度
电子速度：9.5*105ms-1， Ar离子和Ar原子：5*102ms-1
材料科学中的薄膜制备技术研究综述
材料科学中的薄膜制备技术研究综述薄膜作为一种重要的材料形态，在材料科学领域中具有广泛的应用。
薄膜制备技术的研究和发展，不仅能够扩展材料的功能性，并提高材料的性能，还可以为各个领域提供更多的应用可能性。
本文将综述材料科学中薄膜制备技术的研究进展，并重点探讨了几种常见的薄膜制备技术。
1. 物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是一种常见的薄膜制备技术，它通过蒸发或溅射等方法将材料转化为蒸汽或离子，经过气相传输沉积在基底上形成薄膜。
物理气相沉积技术包括热蒸发、电子束蒸发、分子束外延和磁控溅射等方法。
这些方法在薄膜制备中具有高温、高真空和高能量等特点，能够制备出具有优异性能的薄膜。
然而，物理气相沉积技术在薄膜厚度的控制上存在一定的局限，且对于一些化学反应活性较高的材料来说，难以实现。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是一种将反应气体在表面上发生化学反应生成薄膜的方法。
CVD 技术根据反应条件的不同可以分为低压CVD、大气压CVD和等离子CVD等。
这些技术在实现复杂薄膜结构和化学组成控制上相较于PVD技术更具优势。
化学气相沉积技术可用于金属、氧化物、氮化物以及半导体材料等薄膜的制备。
然而，该技术所需的气体和化学物质成分较复杂，容易引起环境污染，并且对设备的要求较高。
3. 溶液法制备薄膜溶液法是一种常用的低成本、高效率的薄膜制备技术。
常见的溶液法包括旋涂法、浸渍法、喷涂法和柔性印刷法等。
这些方法通过将溶液中的溶质沉积在基底上，形成薄膜。
溶液法制备薄膜的优势在于简单易行、成本低、适用于大面积薄膜制备。
然而，溶液法制备出的薄膜常常具有较低的晶化程度和机械强度，且在高温和湿润环境下易失去稳定性。
4. 磁控溅射技术磁控溅射技术是一种通过离子轰击固体靶材的方法制备薄膜。
在磁控溅射过程中，离子轰击靶材，使靶材表面的原子转化为蒸汽，然后通过惰性气体的加速将蒸汽沉积在基底上。
磁控溅射技术可用于金属、氧化物、氮化物等薄膜的制备，并可实现厚度和成分的精确控制。
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硬 质 薄 膜 声 学 薄 膜 热 学 薄 膜 金 属 导 电 薄 膜 半 导 体 薄 膜 超 导 薄 膜 介 电 薄 膜 磁 阻 薄 膜 光 学 薄 膜
薄膜的一个重要参数
厚度：决定薄膜性能、质量 通常，膜厚 < 数十μm ,一 般在1μm 以下。
3 薄膜应用 薄膜材料及相关薄膜器件兴起于20世纪60年代。是新
原子，分子，在衬底表面反应生成所需化合物。一般用金属 或低价化合物反应生成高价化合物。
4）热壁法：
利用加热的石英管（热 壁），将蒸发源蒸发出的分 子或原子，输向衬底成膜。 是外延薄膜生长的发展。
5）分子束外延(MBE) Molecular Beam Epitaxy
分子束外延是以蒸镀为基础发展起来的技术。 指在单晶基体上成长出位向相同的同类单晶体（同质外 延），或者成长出具有共格或半共格联系的异类单晶体 （异质外延）。
原 理： 在超高真空条件下，
将各组成元素的分子束 流以一个个分子的形式 喷射到衬底表面，在适 当的温度下外延沉积成 膜。
应用 目前MBE的膜厚控制水平达到单原子层，可用于制备超晶
格、量子点，及Ⅲ-Ⅴ族化合物的半导体器件。
6） 脉冲激光沉积(PLD)
利用脉冲聚焦激光烧蚀靶材，使靶的局部在瞬间受热高温 气化，同时在真空室内的惰性气体起辉形成的等离子体作用 下活化，并沉积到衬底表面的一种制膜方法。
理论、高技术高度结晶的产物。 薄膜是现代信息技术的核心要素之一
薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、 太阳能等技术的核心基础。
主要的薄膜产品 光学薄膜、集成电路、太阳能电池、液晶显示膜、光盘、
磁盘、刀具硬化膜、建筑镀膜制品、塑料金属化制品。
14.1.2 薄膜的制备方法
代表性的制备方法按物理、化学角度来分，有：
1）电阻加热
• 电阻作为蒸发源，通 过电流受热后蒸发成 膜。
• 使用的材料有：Al、 W、Mo、Nb、Ta及石 墨等。
2）电子束加热
利用电子枪（热阴极）产生的电子束，轰击待蒸发的 材料（阳极）使之受热蒸发，经电子加速极后沉积到衬底 材料表面。
3）高频感应加热 高频线圈通以高频电流后，产生涡流电流，致内置材料升
2. 蒸镀用途
适宜镀制对结合强度要求不高的某些功能膜，如电极的 导电膜、光学镜头用增透膜。
用途：通常用于沉积薄膜和涂层，沉积膜层的厚度 可从nm级到mm级变化。
2. PVD成膜方法与工艺
真空蒸发镀膜（包括脉冲激光沉积、分子束外延） 溅射镀膜 （包括RF，DC，磁控） 离子成膜
真空蒸镀设备
磁控溅射设备 激光分子束外延设备
14.2.2 真空蒸发镀膜
1. 工艺原 理真空室内加热的固体材料被蒸发气化或升华后，凝结沉 积到一定温度的衬底材料表面。形成薄膜经历三个过程：
2. 薄膜分类
（1）物态
气态 液态 固态
（2）结晶态：
非晶态：原子排列短程有序、 长程无序。 晶态多单晶晶：：在外衬延底生上长、生在长单，由晶许基多底取上向同相质异和单异质晶外集合延体组成
（3）化学角度
有 机 薄 膜 无 机 薄 膜
（4）组成
金 属 薄 膜 非 金 属 薄 膜
外延是指单晶衬底上形成单晶结构的薄膜，而且薄膜的晶体结构与取向 和衬底的晶体结构和取向有关。外延方法很多，有气相外延法、液相外 延法、真空蒸发外延法、溅射外延法等。
.
film
substrate
同质外延 （homoepitaxy）
压应力
张应力(拉应力)
异质外延 （Heteroepitaxial Growth）
1) 物理成膜 PVD 2) 化学成膜 CVD
14.2 物理成膜 14.2.1 概述 1. 定义
利用蒸发、溅射沉积或复合的技术，不涉及到化学反应, 薄膜生长过程基本是一个物理过程,以PVD为代表。
物理气相沉积(PVD)：Physical Vapor Deposition
在真空条件下，用物理的方法，将材料气化成 原子、分子或使其电离成离子，并通过气相过程，在材 料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜。
温，熔化成膜。
4）电弧加热 高真空下，被蒸发材料作阴极、内接铜杆作阳极，通电压，
移动阳电极尖端与阴极接触，阴极局部熔化发射热电子，再 分开电极，产生弧光放电，使阴极材料蒸发成膜。
5）激光加热 非接触加热。用激光作热源，使被蒸发材料气化成膜。
常用CO2、Ar、YAG钕玻璃，红宝石等大功率激光器。
（2）对于化合物和合成材料，常用各种蒸发法和热壁法。
第十四章. 薄膜制备技术
物理制备方法
14.1 薄膜材料基础 14.1.1 薄膜的概念与分类 1. 薄膜材料的概念
采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材 料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底 材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。
简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的 二维材料。
真空蒸镀主要特点
1、操作方便，沉积参数易于控制； 2、制膜纯度高，可用于薄膜性质研究； 3、可在电镜监测下镀膜，对薄膜生长过程和生长机理进行 研究； 4、膜沉积速率快，可以多块同时蒸镀； 5、沉积温度较高，膜与基片的结合强度不高。
装置：真空系统、蒸发系统、基片撑架、 挡板、监控系统
2. 工艺方法 （1）对于单质材料，按常见加热方式有电阻加热、电子 束加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热。
1）闪蒸蒸发（瞬间蒸发）： 呈细小颗粒或粉末的薄膜材料，以极小流量逐渐进入
高温蒸发源，使每个颗粒在瞬间全蒸发，成膜，以保证膜 的组分比例与合金相同。
2）多源蒸发： 组成合金薄膜的各元素，各自在单独的蒸发源中加热，
蒸发，并按、分子与来自蒸发源的
1) 蒸发或升华：通过一定加热方式使被蒸发材料受热 蒸发或升华，由固态或液态变成气态。
2) 输运到衬底：气态原子或分子在真空状态及一定蒸 气压条件下由蒸发源输运到衬底。
3) 吸附、成核与生长：通过粒子对衬底表面的碰撞， 衬底表面对粒子的吸附以及在表面的迁移完成成核 与生长过程。是一个以能量转换为主的过程。