薄膜真空技术PPT课件
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薄膜技术与应用(共13张PPT)
第十一页，共13页。
市场应用前景
❖ 太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源正 在得到迅速的发展与应用。太阳能发电站、太阳 能卫星供电、太阳能汽车充电等等。而作为太阳 能能源转换媒介的太阳能电池扮演了重要的角色 ，其中作为第三代太阳能
❖ 电池：CIS系薄膜太阳能电 ❖ 池，它具有优良的抗干扰、 ❖ 耐辐射、使用寿命长转换 ❖ 效率高等特点，注定了它 ❖ 必然在未来的太阳能产业 ❖ 链中大放异彩。
第十二页，共13页。
第十三页，共13页。
H2Se是最好的硒源，但具有 毒性且 容易挥发；固态 Se作为硒源，Se难以压制， 在热处理过程中会导致In、 Ga等元素的损失。
第九页，共13页。
真空硒化退火装置示意图
氩气
辉光 放电
Ar+
靶材
Cu、In、Ga
基底
磁控溅射制备预置层
磁控溅射系统示意图
CIG预置 层
第十页，共13页。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜产品与应用
据薄膜沉积过程，共蒸发可分为一步法、两步法
和三步法。
共蒸发法实验设备示意图
第五页，共-Se预置层 表面富Cu的CIGS薄膜
等化学计量比的CIGS
稍微贫铜的P型CIGS
第六页，共13页。
❖ 基底温度较低的情况下（400°C）蒸发In、Ga、 Se形成一层In-Ga-Se预置层。控制原子比例 In:Ga=0.7 : 0.3, In+Ga/Se=2:3
❖组成材料：Mo、ZnO、AI、ZnS、MgO以及
Cu、In、Ga、Se等材料。
Ø多源共蒸发法！
真空工艺
•制备工艺
Ø溅射后硒化法！ Ø分子束外延法
Ø化学气相沉淀法
Ø电化学沉积法
市场应用前景
❖ 太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源正 在得到迅速的发展与应用。太阳能发电站、太阳 能卫星供电、太阳能汽车充电等等。而作为太阳 能能源转换媒介的太阳能电池扮演了重要的角色 ，其中作为第三代太阳能
❖ 电池：CIS系薄膜太阳能电 ❖ 池，它具有优良的抗干扰、 ❖ 耐辐射、使用寿命长转换 ❖ 效率高等特点，注定了它 ❖ 必然在未来的太阳能产业 ❖ 链中大放异彩。
第十二页，共13页。
第十三页，共13页。
H2Se是最好的硒源，但具有 毒性且 容易挥发；固态 Se作为硒源，Se难以压制， 在热处理过程中会导致In、 Ga等元素的损失。
第九页，共13页。
真空硒化退火装置示意图
氩气
辉光 放电
Ar+
靶材
Cu、In、Ga
基底
磁控溅射制备预置层
磁控溅射系统示意图
CIG预置 层
第十页，共13页。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜产品与应用
据薄膜沉积过程，共蒸发可分为一步法、两步法
和三步法。
共蒸发法实验设备示意图
第五页，共-Se预置层 表面富Cu的CIGS薄膜
等化学计量比的CIGS
稍微贫铜的P型CIGS
第六页，共13页。
❖ 基底温度较低的情况下（400°C）蒸发In、Ga、 Se形成一层In-Ga-Se预置层。控制原子比例 In:Ga=0.7 : 0.3, In+Ga/Se=2:3
❖组成材料：Mo、ZnO、AI、ZnS、MgO以及
Cu、In、Ga、Se等材料。
Ø多源共蒸发法！
真空工艺
•制备工艺
Ø溅射后硒化法！ Ø分子束外延法
Ø化学气相沉淀法
Ø电化学沉积法
(推荐)《薄膜物理》PPT课件
氙 (Xe) 二氧化碳 (CO2)
铁 (Fe) 甲烷 (CH4)
氯 (Cl2) 一氧化碳 (CO)
-12.4 -118.0 -62.5 14.7 31.0 3700.0 -82.5
144 -140.2
可以看出，氮、氢、氩、氧和空气等物质的临界温度远低于室
温，所以常温下它们是气体；水蒸气、有机物质和气态金属的
平均自由程与分子密度n和分子直径σ的平方成反比关系
kT 22P
平均自由程与压强成反比，与温度成正比
37
稀薄气体的基本性质
若气体种类和温度一定的情况下
P常数
在25℃的空气情况下
P 0 .66 cm 7 Pa
或 0.667cm
P
38
稀薄气体的基本性质
三、碰撞次数与余弦定律
入射频率：单位时间内，在单位面积的器壁上发生碰撞的分子
RNAk (NA：阿伏伽德罗常数) n= 7.2×1022 P/T (个／m3)
在标准状态下，任何气体分子密度为３×1019 个／cm3 当 P = 1.3 ×10-11 Pa 的真空度时 T = 293 K 则 n = 4 ×103个／cm3
目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强 下，每立方厘米的体积中仍然有几百个气体分子
18
真空的基本知识
PnkT PVM m RT
P： 压强（Pa） n： 气体分子密度（个/m3） V：体积（m3） m：气体质量（kg） M：气体分子量（kg/mol） T： 绝对温度（K） k： 玻尔兹曼常数（1.3810-23J/K） R：气体普适常数（8.314J/K·mol）
19
真空的基本知识
21
真空的基本知识
压强的表示方法： 国际单位：帕斯卡 (Pascal) 其它单位：托 (Torr) 毫米汞柱(mmHg) 毫巴(bar)
铁 (Fe) 甲烷 (CH4)
氯 (Cl2) 一氧化碳 (CO)
-12.4 -118.0 -62.5 14.7 31.0 3700.0 -82.5
144 -140.2
可以看出，氮、氢、氩、氧和空气等物质的临界温度远低于室
温，所以常温下它们是气体；水蒸气、有机物质和气态金属的
平均自由程与分子密度n和分子直径σ的平方成反比关系
kT 22P
平均自由程与压强成反比，与温度成正比
37
稀薄气体的基本性质
若气体种类和温度一定的情况下
P常数
在25℃的空气情况下
P 0 .66 cm 7 Pa
或 0.667cm
P
38
稀薄气体的基本性质
三、碰撞次数与余弦定律
入射频率：单位时间内，在单位面积的器壁上发生碰撞的分子
RNAk (NA：阿伏伽德罗常数) n= 7.2×1022 P/T (个／m3)
在标准状态下，任何气体分子密度为３×1019 个／cm3 当 P = 1.3 ×10-11 Pa 的真空度时 T = 293 K 则 n = 4 ×103个／cm3
目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强 下，每立方厘米的体积中仍然有几百个气体分子
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真空的基本知识
PnkT PVM m RT
P： 压强（Pa） n： 气体分子密度（个/m3） V：体积（m3） m：气体质量（kg） M：气体分子量（kg/mol） T： 绝对温度（K） k： 玻尔兹曼常数（1.3810-23J/K） R：气体普适常数（8.314J/K·mol）
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真空的基本知识
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真空的基本知识
压强的表示方法： 国际单位：帕斯卡 (Pascal) 其它单位：托 (Torr) 毫米汞柱(mmHg) 毫巴(bar)
真空镀膜(ncvm)工艺培训教材PPT课件
颜色不纯
由于反应不完全或杂质污染，膜层可能呈 现出不纯或斑驳的颜色。
分析方法
X射线衍射(XRD)
能谱分析(EDS)
分析膜层的晶体结构和相组成。
附着力测试
对膜层进行元素分析，了解各元 素的分布和比例。
通过划痕、拉拔等试验测定膜层 与基材之间的附着力。
显微观察
通过金相显微镜观察膜层的微观 结构，了解其均匀性、孔隙和缺 陷。
05
真空镀膜(NCVM)问题与 解决方案
常见问题
表面粗糙度大
镀膜后的表面粗糙，影响外观和使用性能 。
膜层不均匀
镀膜过程中，由于气体流动、温度分布不 均或反应物供应问题，可能导致膜层在表 面分布不均。
附着力差
镀膜层与基材之间可能存在弱附着力，导 致镀膜容易剥落。
孔隙率过高
膜层中存在过多的孔隙，影响其防护和装 饰效果。
04
真空镀膜(NCVM)技术参 数与优化
工艺参数
真空度
真空镀膜过程中，需要控制真空室的 真空度，以确保膜层的均匀性和附着 力。
温度
镀膜过程中，基材的温度对膜层的附 着力和性能有影响，需根据不同材料 和镀膜要求进行温度控制。
镀膜时间
镀膜时间的长短直接影响膜层的厚度 和均匀性，需根据工艺要求进行精确 控制。
防护眼镜
保护操作人员的眼睛免受镀膜过程中产生的 有害物质和紫外线的伤害。
夹具
用于固定基材，确保其在镀膜过程中位置稳 定。
手套
保护操作人员的手部免受镀膜过程中产生的 有害物质和高温的伤害。
03
真空镀膜(NCVM)工艺流 程
前处理
表面清洗
使用有机溶剂和超声波清洗技术去除 工件表面的污垢、油脂和杂质，以确 保镀膜层的附着力。
薄膜物理与技术-1真空技术基础PPT课件
薄膜物理与技术-1真空技术基础 ppt课件
目录
• 真空技术基础 • 真空获得技术 • 真空测量技术 • 真空镀膜技术 • 薄膜性能检测技术
01 真空技术基础
真空定义与特性
真空定义
真空是指在给定的空间内，气体压力 低于一个大气压的状态。在真空技术 中，通常使用托斯卡或帕斯卡作为压 力单位。
真空特性
而实现气体的压缩和排除。
分子泵特性
抽气速率高、工作压力范围广、无 油污染、维护简单等。
分子泵分类
直联型分子泵、侧流型分子泵、复 合型分子泵等。
扩散泵抽气原理与特性
扩散泵抽气原理
利用加热的吸气剂将气体分子吸 进吸气剂表面，再通过扩散作用 将气体分子从吸气剂表面传递到 泵的出口，从而实现气体的排除。
扩散泵特性
真空技术的分类与应用
真空技术的分类
根据应用需求，真空技术可分为真空镀膜、真空热处理、真空电子器件制造等。
真空技术的应用
真空技术在科学研究、工业生产、航空航天、电子工业等领域有广泛应用，如 电子显微镜、太阳能电池、平板显示器的制造等。
02 真空获得技术
机械泵抽气原理与特性
机械泵抽气原理
机械泵分类
真空具有低气体压力的特性，这使得 物质在真空中表现出不同的物理和化 学性质。例如，气体分子间的碰撞减 少，气体分子的平均自由程增加。
真空的度量与单位
真空度
真空度是指真空空间内的气体压 力，通常用压力范围来表示，如 低真空、中真空、高真空和超高 真空。
真空单位
常用的真空单位有帕斯卡（Pa）、 托斯卡（Torr）和巴（bar）。1 Torr = 133.322368 Pascal。
利用高速旋转的叶轮将气体吸入，通 过压缩和排出来实现气体压缩和排除。
目录
• 真空技术基础 • 真空获得技术 • 真空测量技术 • 真空镀膜技术 • 薄膜性能检测技术
01 真空技术基础
真空定义与特性
真空定义
真空是指在给定的空间内，气体压力 低于一个大气压的状态。在真空技术 中，通常使用托斯卡或帕斯卡作为压 力单位。
真空特性
而实现气体的压缩和排除。
分子泵特性
抽气速率高、工作压力范围广、无 油污染、维护简单等。
分子泵分类
直联型分子泵、侧流型分子泵、复 合型分子泵等。
扩散泵抽气原理与特性
扩散泵抽气原理
利用加热的吸气剂将气体分子吸 进吸气剂表面，再通过扩散作用 将气体分子从吸气剂表面传递到 泵的出口，从而实现气体的排除。
扩散泵特性
真空技术的分类与应用
真空技术的分类
根据应用需求，真空技术可分为真空镀膜、真空热处理、真空电子器件制造等。
真空技术的应用
真空技术在科学研究、工业生产、航空航天、电子工业等领域有广泛应用，如 电子显微镜、太阳能电池、平板显示器的制造等。
02 真空获得技术
机械泵抽气原理与特性
机械泵抽气原理
机械泵分类
真空具有低气体压力的特性，这使得 物质在真空中表现出不同的物理和化 学性质。例如，气体分子间的碰撞减 少，气体分子的平均自由程增加。
真空的度量与单位
真空度
真空度是指真空空间内的气体压 力，通常用压力范围来表示，如 低真空、中真空、高真空和超高 真空。
真空单位
常用的真空单位有帕斯卡（Pa）、 托斯卡（Torr）和巴（bar）。1 Torr = 133.322368 Pascal。
利用高速旋转的叶轮将气体吸入，通 过压缩和排出来实现气体压缩和排除。
薄膜技术的真空技术基础
式中，n为单位体积内的气体分子数。从此式可知，分子流条件下管路的流导不仅取决于管路的几何尺寸，还与气体的种类和温度有关。
桂林电子科技大学
材料科学与工程学
1.3 真空系统的导流能力——流导
对于黏滞流状态：流导随气体压力升高而增加。不同形状管路的流导已被编制成图表不同流导C1、C2、C3间可相互串联或并联，构成总流导C——串联流导：1/C= 1/C1+ 1/C2+ 1/C3——并联流导：C=C1+C2+C3（就象描述气体流动的欧姆定律）
单击此处添加小标题
工作原理：两个8字形的转子以相反的方向旋转，两个转子始终保持相切合，咬合精度很高，切合处气体始终不能通过，只能从上、下两边被扫出真空系统。极限真空度： 10-2Pa左右；优点：结构简单、无油气回流，抽 速很大。缺点：泵体与转子发热、膨胀，造成泵体损坏；当气体压力低于10-1 Pa时，气体回流造成抽速降低。适用压力范围：10-1～1000Pa。
1.1 真空的基本知识
按上述第二种说法，比如炮弹在高于大气压的空间飞行是没有问题的，因此可以将高于大气压的空间看作是真空，而对于表面研究，10-8Pa才称得上是真空。
宇宙空间所存在的“自然真空”；利用真空泵抽取所得的“人为真空”。绝对真空：完全没有气体的空间状态。
为了获得真空至少需要
1.1 真空的基本知识
1.2 真空的表征
气流与流导气体流动状态与气体压力、真空容器尺寸的关系根据Knudsen准数Kn:Kn<1: 分子流状态Kn>110粘滞流状态
粘滞态气流的两种不同的流动状态根据Reynolds准数Re:式中，d为容器的特征尺寸（如管路的直径）；υ、ρ、η分别是气体的流速、密度和动力学黏度系数。Re>2200 紊流状态 Re<1200 层流状态
桂林电子科技大学
材料科学与工程学
1.3 真空系统的导流能力——流导
对于黏滞流状态：流导随气体压力升高而增加。不同形状管路的流导已被编制成图表不同流导C1、C2、C3间可相互串联或并联，构成总流导C——串联流导：1/C= 1/C1+ 1/C2+ 1/C3——并联流导：C=C1+C2+C3（就象描述气体流动的欧姆定律）
单击此处添加小标题
工作原理：两个8字形的转子以相反的方向旋转，两个转子始终保持相切合，咬合精度很高，切合处气体始终不能通过，只能从上、下两边被扫出真空系统。极限真空度： 10-2Pa左右；优点：结构简单、无油气回流，抽 速很大。缺点：泵体与转子发热、膨胀，造成泵体损坏；当气体压力低于10-1 Pa时，气体回流造成抽速降低。适用压力范围：10-1～1000Pa。
1.1 真空的基本知识
按上述第二种说法，比如炮弹在高于大气压的空间飞行是没有问题的，因此可以将高于大气压的空间看作是真空，而对于表面研究，10-8Pa才称得上是真空。
宇宙空间所存在的“自然真空”；利用真空泵抽取所得的“人为真空”。绝对真空：完全没有气体的空间状态。
为了获得真空至少需要
1.1 真空的基本知识
1.2 真空的表征
气流与流导气体流动状态与气体压力、真空容器尺寸的关系根据Knudsen准数Kn:Kn<1: 分子流状态Kn>110粘滞流状态
粘滞态气流的两种不同的流动状态根据Reynolds准数Re:式中，d为容器的特征尺寸（如管路的直径）；υ、ρ、η分别是气体的流速、密度和动力学黏度系数。Re>2200 紊流状态 Re<1200 层流状态
真空镀膜技术PPT课件
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薄膜厚度的测量
石英晶体振荡器法 广泛应用于薄膜淀积过程中厚度的实时测量，主要应
用于淀积速度，厚度的监测，还可以反过来（与电子技术 结合）控制物质蒸发或溅射的速率，从而实现对于淀积过 程的自动控制。
2021
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四、薄膜材料
a) 增透膜
b) 反光膜
c) 分光膜
2021
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d) 滤光膜
轰击膜料表面使动能变为热能，对其加温，使其熔化或升华。
电子枪对薄膜性能的影响 1、对膜层的影响： （1）蒸气分子的动能较大，膜层较热蒸发的更致密牢固； （2）二次电子的影响：使膜层结构粗糙，散射增加； 2、对光谱性能的影响
电子枪对光谱的影响主要是焦斑的形状、位臵、大小在成膜的影响。 特别是高精度的膜系，和大规模生产的成品率要求电子枪的焦斑要稳定。
e) 偏振膜
f) 保护膜
g) 电热膜
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镀膜工艺
主要工艺因素 （1）基板处理：包括抛光、清洁、离子轰击 （2）制备参数：包括基板温度、蒸发速率、真空度 （3）蒸汽入射角； （4）老化处理。
薄膜主要性质： （1）光学性质：包括折射率、各项异性、吸收、散射、光学 稳定性等 （2）机械性质：包括硬度、附着力、应力 （3）抗激光损伤。
2021
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平均自由程
气体分子之间相邻两次碰撞的距离，其统计平均值为平均自 由程。 l=1/(√2πς2n)=kT /(√2πς2P）
PVD所需真空度的基本确定原则是“气体分子的平均自由程大 于蒸发源到被镀件之间的距离”。
d=25cm,P<=2.7×E-3Pa d=50cm,P<=1.3×E-3Pa d=90cm,P<=7.4×E-4Pa 可见对于大的真空室，真空度的要求更高。
薄膜物理与技术课件1-8
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③ 指定空间内，低于一个大气压的气体状态（科学概念） 用气压表示空气的稀密程度。
什么是气压？
容器里飞来飞去的气体分子一直在频繁地撞击容器壁， 其趋势是向外推挤容器壁。单个分子碰在器壁上产生的力自 然是微不足道的，然而同时碰在器壁上的分子数目非常巨 大，合起来就是很大的力，这种推力就是气压。 气压的性质是，当温度和体积不变时，容器中的空气越 稀薄，也就是说容器中气体分子的数越少，气压越低。在自 然环境中，海拔越高的地方，气压越低。也就是说，越往高 空（外太空）去，便越接近“完全空”的真空。
22
1.1.2
真空术语(six vacuum terms)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
① 速度分布(velocity distribution) 教材图1－1的麦克斯韦速率分布曲线。 最可几速度 平均速度
v m = 1 . 41 RT ( cm / s )( 1 − 3 ) 讨论速度分布 M
v a = 1 . 59
v r = 1 . 73
11
微机械与薄膜技术
薄膜技术能实现材料的微米、纳米超微细加工。由此实现的微机 械具有无限的应用前景。
图0-7
微型马达实例图
12
图0-7
微机械挽救重症患者生命（左），可进入血管的微型机器人（右）
13
加速度传感器
用于汽车防撞系统的气囊，及时充气膨胀就是靠检测汽车的加速度，并由 此触发信号。 机器人行走，也要靠行走中因倾斜产生的力（加速度）来控制步行姿势。 为了测量加速度，离不开由薄膜技术及超微细加工技术制作的传感器。
26
真空术语（续） ⑤ 饱和蒸汽压（重点与难点）
把各种固液体放入密闭的容器中，在任何温度下都会蒸发，蒸发出 来的气压称为蒸汽压。在一定温度下，单位时间内蒸发出来的分子数与
③ 指定空间内，低于一个大气压的气体状态（科学概念） 用气压表示空气的稀密程度。
什么是气压？
容器里飞来飞去的气体分子一直在频繁地撞击容器壁， 其趋势是向外推挤容器壁。单个分子碰在器壁上产生的力自 然是微不足道的，然而同时碰在器壁上的分子数目非常巨 大，合起来就是很大的力，这种推力就是气压。 气压的性质是，当温度和体积不变时，容器中的空气越 稀薄，也就是说容器中气体分子的数越少，气压越低。在自 然环境中，海拔越高的地方，气压越低。也就是说，越往高 空（外太空）去，便越接近“完全空”的真空。
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1.1.2
真空术语(six vacuum terms)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
① 速度分布(velocity distribution) 教材图1－1的麦克斯韦速率分布曲线。 最可几速度 平均速度
v m = 1 . 41 RT ( cm / s )( 1 − 3 ) 讨论速度分布 M
v a = 1 . 59
v r = 1 . 73
11
微机械与薄膜技术
薄膜技术能实现材料的微米、纳米超微细加工。由此实现的微机 械具有无限的应用前景。
图0-7
微型马达实例图
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图0-7
微机械挽救重症患者生命（左），可进入血管的微型机器人（右）
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加速度传感器
用于汽车防撞系统的气囊，及时充气膨胀就是靠检测汽车的加速度，并由 此触发信号。 机器人行走，也要靠行走中因倾斜产生的力（加速度）来控制步行姿势。 为了测量加速度，离不开由薄膜技术及超微细加工技术制作的传感器。
26
真空术语（续） ⑤ 饱和蒸汽压（重点与难点）
把各种固液体放入密闭的容器中，在任何温度下都会蒸发，蒸发出 来的气压称为蒸汽压。在一定温度下，单位时间内蒸发出来的分子数与
薄膜制备的真空技术基础
通过各种测量仪器和测量方法对真空状态下的气 体压力进行测量。
真空应用技术
将真空技术应用于各个领域，如电子、冶金、化 工、航空航天等。
02
真空镀膜技术
真空蒸发镀膜
总结词
真空蒸发镀膜是一种基于加热蒸发材料的镀膜技术，通过将材料加热至熔融状态 ，然后在真空中蒸发并凝结在基材表面形成薄膜。
详细描述
在真空蒸发镀膜过程中，蒸发源可以是电阻加热、电子束加热或激光加热等。蒸 发材料在高温下升华或熔化，然后在基材表面凝结形成薄膜。该技术适用于制备 金属、非金属、化合物等薄膜材料，具有操作简单、成膜速度快等优点。
磁控溅射镀膜
总结词
磁控溅射镀膜是一种基于溅射现象的镀膜技术，通过在真空 环境中利用磁场控制带电粒子轰击靶材表面，使靶材原子或 分子从表面溅射出来并在基材表面沉积形成薄膜。
详细描述
磁控溅射镀膜技术具有高沉积速率、高附着力、高纯度等优 点，广泛应用于制备各种金属、非金属、化合物等薄膜材料 。该技术可以通过改变工艺参数和靶材种类来控制薄膜的成 分和性能。
技术挑战
需要解决制备过程中材料的选择、成膜机制、界面反应等问题，以确 保获得高性能的薄膜。
低成本高效制备技术
总结词
详细描述
低成本高效制备技术是未来薄膜制备的重 要发展方向。
随着市场对薄膜材料需求的增加，低成本 高效制备技术将有助于降低生产成本，提 高生产效率，满足大规模应用的需求。
发展趋势
技术挑战
详细描述
通过优化真空系统的气体成分和压力，可以改变薄膜与 基材之间的相互作用，从而提高附着力。此外，对基材 进行适当的预处理，如清洗、表面活化等，也有助于增 强附着力。
薄膜性能优化
总结词
优化薄膜性能是薄膜制备的最终目标，涉及多个方面 。
真空应用技术
将真空技术应用于各个领域，如电子、冶金、化 工、航空航天等。
02
真空镀膜技术
真空蒸发镀膜
总结词
真空蒸发镀膜是一种基于加热蒸发材料的镀膜技术，通过将材料加热至熔融状态 ，然后在真空中蒸发并凝结在基材表面形成薄膜。
详细描述
在真空蒸发镀膜过程中，蒸发源可以是电阻加热、电子束加热或激光加热等。蒸 发材料在高温下升华或熔化，然后在基材表面凝结形成薄膜。该技术适用于制备 金属、非金属、化合物等薄膜材料，具有操作简单、成膜速度快等优点。
磁控溅射镀膜
总结词
磁控溅射镀膜是一种基于溅射现象的镀膜技术，通过在真空 环境中利用磁场控制带电粒子轰击靶材表面，使靶材原子或 分子从表面溅射出来并在基材表面沉积形成薄膜。
详细描述
磁控溅射镀膜技术具有高沉积速率、高附着力、高纯度等优 点，广泛应用于制备各种金属、非金属、化合物等薄膜材料 。该技术可以通过改变工艺参数和靶材种类来控制薄膜的成 分和性能。
技术挑战
需要解决制备过程中材料的选择、成膜机制、界面反应等问题，以确 保获得高性能的薄膜。
低成本高效制备技术
总结词
详细描述
低成本高效制备技术是未来薄膜制备的重 要发展方向。
随着市场对薄膜材料需求的增加，低成本 高效制备技术将有助于降低生产成本，提 高生产效率，满足大规模应用的需求。
发展趋势
技术挑战
详细描述
通过优化真空系统的气体成分和压力，可以改变薄膜与 基材之间的相互作用，从而提高附着力。此外，对基材 进行适当的预处理，如清洗、表面活化等，也有助于增 强附着力。
薄膜性能优化
总结词
优化薄膜性能是薄膜制备的最终目标，涉及多个方面 。
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罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外， 还取决于前级泵的极限真空 由于以上特点罗茨泵时常被串连使用
涡轮分子泵
原理：
➢ 气体分子被高速转动的涡轮片 撞击，向出口运动；
➢ 多级速度：30,000-60,000 rpm； ➢ 转子的切向速度与分子运动速
率相当； ➢ Atmosphere to 10-10 Torr
一) 真空的定义; 二) 度量单位; 三) 区域划分; 四)真空在薄膜制备 中的作用
一) 真空的定义 真空是指压力低于一个大气压的任何气态空间.
PnkT PV(m/ M)RT
n=7.21022(P/T)
P=1.3310-4 帕, T=293K, n= 3.21010 个/厘米3
“相对真空”
二) 真空的表示: 压强大小表示真空. 压强高: 真空度低; 压强低: 真空度高
机械泵油的作用非常重要，它起着很好的密封和润滑作用。泵油基本要求是低 的饱和蒸气压，一定的粘度和较高的稳定性。但是普通机械泵对于抽走水蒸气等可 凝气体有很大困难。当蒸气在腔内压缩，压强达到饱和蒸气压时，水蒸气就开始凝 结成水，并与泵油形成一种悬浊液。不仅影响泵油的密封和润滑，还会造成泵壁生 锈。
为此在气体尚未被压缩前，通过气镇阀渗入一定量的气体来帮助打开排气阀片， 减少水气的凝结。气镇阀在抽气的起始阶段使用不会影响极限真空，但是到了一定 程度后继续使用就会降低泵可以达到的极限真空
是最常见的 HV/UHV泵
涡轮分子泵
优点 • 基本没有油的污染 • 启动和关闭很快
缺点 • 噪声大，有振动。 • 电磁污染。 • 比较昂贵。
油扩散泵
➢ 加热油从喷嘴喷出，气体分 子与油分子碰撞，向出气口 运动
➢ 需要水冷，前级泵
➢ 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr， 液氮冷阱)
抑制反应 蒸发分子(F)与残余气体分子(N)到达基板的速率 N/F 10-1 ： P = 10-4-10-5Pa
真空的获得
一) 机械泵; 二) 分子泵和罗茨泵; 三) 扩散泵; 四) 吸附泵; 五) 溅射 离子泵; 六) 升华泵
真空泵的主要参数
抽气速率：单位时间内泵的抽气能力 极限真空：泵所能获得的最低压强 工作范围：泵能正常工作的压强范围
微观参量之间的关系:
压强, “自由程(L, 气体分子间相邻两 次碰撞的距离)”, 分子密度(n)
一个分子在两次碰撞之间所占据的体积:
Ld2
V=N• Ld2
L=kT/ d2 P
P=nkT
三）真空区域大致划分
真空划分 低真空 中真空 高真空 超高真空
760～1
102～10-1
单位时间内气体 流过抽气系统中 任何截面的体积
称为体积流量，
单位为升/秒， 与气体密度无关
S抽 速 Sm 最大抽速
旋片机械泵
常见的机械泵有旋片式、定 片式和滑阀式等。旋片式的噪声 小，运行速度高，被广泛应用在 真空镀膜机上。
主要结构如右图所示 机械泵的工作原理是基于 玻意耳-马略特定律的基础上的
PV＝K （1.1）式
Pa (Pascal, SI, 帕斯卡); 巴(bar): 1bar=105Pa
在真空技术中,除国际单位制的压力单位 Pa外，常以托（Torr）作 为真空度的单位。1托等于1毫米高的汞柱所产生的压力: 1Torr＝133Pa 1标准大气压＝101325 Pa（牛顿／米2 ） 1标准大气压=760mmHg=760(Torr) =1.013x105 Pa≈105 Pa
真空设备
为什么镀膜需要真空环境？
镀膜的一般过程：
转移到基板表面
膜料
基板
固态：箔金 液态 气态
气相淀积的优势: 牢固，外延生长（液相？）
物理气相淀积(PVD, physical vapor deposition) 化学气相淀积(CVD, chemical vapor deposition)
真空的基本知识
优点 • 耐用 • 成本低，抽速快 • 无震动和声音
缺点 • 油污染
• 扩散泵必须和机械泵联合工作，才能构成高真空抽气 系统。单独的扩散泵时没有抽气作用的
• 理论上，扩散泵的极限真空取决于泵油的蒸气压。而 且泵油必须具备很高的热稳定性和化学稳定性
1～10-3
10-1～10-5 10-3～10-7
〈10-5
〈10-7
分子运动状态
粘滞流 viscous flow 中间流（过渡流）
intermediate flow 分子流 molecular flow
分子流 molecular effusion
四) 真空在薄膜制备中的作用 减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞：f = 1-e-d/l
罗茨泵的转子之间、转子与泵壳内壁之间，保持有一 定的间隙，可以实现高转速运行且没有卡住的危险。
由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很 低，故工作时需要前级泵
在1Pa左右的压强范围内其有相当大的抽气速率，在这 范围内机械泵的抽速很小，扩散泵还只刚刚开始工作。罗 茨泵可以弥补上述两种真空泵抽气速率的脱节。
其中K是与温度有关的常数
右图表示机械泵转子在 连续旋转过程中的四个典型 位置。随着转子的旋转，不 断进行吸气、压缩和排气的 过程。
假设被抽容积为V，初始 压强为P 0,泵内空腔体积为 △V，旋片转过半周后，根 据（1.1）式则压强P 1为
P1（V+ △V ）＝P0V
即
N个循环后
机械泵的定子和转子间存在影响抽真空的有害空间,泵的抽速随着压强降低而减 小。为了减少有害空间的影响通常采用双级泵，双级泵由两个转子串连而成，其中 一个转子的出气口为另一个转子的进气口，这样可以将极限真空的单极泵的1Pa提 高到10-2Pa
罗茨泵
左转子由0°转到180°的抽气过 程：在0°位置时（图a）左转子 从泵入口封入v0体积的气体。当 转到45°位置时（图b ），该腔 与排气口相通。由于排气侧压强 较高，引起一部分气体返冲过来。 当转到90°位置时（图c）左转 子封入的气体，连同返冲的气体 一起排向泵外。这时，右转子也 从泵入口封入v0体积的气体。当 转子继续转到135°时（图d）右 转子封入的气体与排气口相通， 重复上述过程。转子主轴旋转一 周共排出四个v0体积的气体
涡轮分子泵
原理：
➢ 气体分子被高速转动的涡轮片 撞击，向出口运动；
➢ 多级速度：30,000-60,000 rpm； ➢ 转子的切向速度与分子运动速
率相当； ➢ Atmosphere to 10-10 Torr
一) 真空的定义; 二) 度量单位; 三) 区域划分; 四)真空在薄膜制备 中的作用
一) 真空的定义 真空是指压力低于一个大气压的任何气态空间.
PnkT PV(m/ M)RT
n=7.21022(P/T)
P=1.3310-4 帕, T=293K, n= 3.21010 个/厘米3
“相对真空”
二) 真空的表示: 压强大小表示真空. 压强高: 真空度低; 压强低: 真空度高
机械泵油的作用非常重要，它起着很好的密封和润滑作用。泵油基本要求是低 的饱和蒸气压，一定的粘度和较高的稳定性。但是普通机械泵对于抽走水蒸气等可 凝气体有很大困难。当蒸气在腔内压缩，压强达到饱和蒸气压时，水蒸气就开始凝 结成水，并与泵油形成一种悬浊液。不仅影响泵油的密封和润滑，还会造成泵壁生 锈。
为此在气体尚未被压缩前，通过气镇阀渗入一定量的气体来帮助打开排气阀片， 减少水气的凝结。气镇阀在抽气的起始阶段使用不会影响极限真空，但是到了一定 程度后继续使用就会降低泵可以达到的极限真空
是最常见的 HV/UHV泵
涡轮分子泵
优点 • 基本没有油的污染 • 启动和关闭很快
缺点 • 噪声大，有振动。 • 电磁污染。 • 比较昂贵。
油扩散泵
➢ 加热油从喷嘴喷出，气体分 子与油分子碰撞，向出气口 运动
➢ 需要水冷，前级泵
➢ 10-3 to 10-7 Torr (to 10-9 Torr， 液氮冷阱)
抑制反应 蒸发分子(F)与残余气体分子(N)到达基板的速率 N/F 10-1 ： P = 10-4-10-5Pa
真空的获得
一) 机械泵; 二) 分子泵和罗茨泵; 三) 扩散泵; 四) 吸附泵; 五) 溅射 离子泵; 六) 升华泵
真空泵的主要参数
抽气速率：单位时间内泵的抽气能力 极限真空：泵所能获得的最低压强 工作范围：泵能正常工作的压强范围
微观参量之间的关系:
压强, “自由程(L, 气体分子间相邻两 次碰撞的距离)”, 分子密度(n)
一个分子在两次碰撞之间所占据的体积:
Ld2
V=N• Ld2
L=kT/ d2 P
P=nkT
三）真空区域大致划分
真空划分 低真空 中真空 高真空 超高真空
760～1
102～10-1
单位时间内气体 流过抽气系统中 任何截面的体积
称为体积流量，
单位为升/秒， 与气体密度无关
S抽 速 Sm 最大抽速
旋片机械泵
常见的机械泵有旋片式、定 片式和滑阀式等。旋片式的噪声 小，运行速度高，被广泛应用在 真空镀膜机上。
主要结构如右图所示 机械泵的工作原理是基于 玻意耳-马略特定律的基础上的
PV＝K （1.1）式
Pa (Pascal, SI, 帕斯卡); 巴(bar): 1bar=105Pa
在真空技术中,除国际单位制的压力单位 Pa外，常以托（Torr）作 为真空度的单位。1托等于1毫米高的汞柱所产生的压力: 1Torr＝133Pa 1标准大气压＝101325 Pa（牛顿／米2 ） 1标准大气压=760mmHg=760(Torr) =1.013x105 Pa≈105 Pa
真空设备
为什么镀膜需要真空环境？
镀膜的一般过程：
转移到基板表面
膜料
基板
固态：箔金 液态 气态
气相淀积的优势: 牢固，外延生长（液相？）
物理气相淀积(PVD, physical vapor deposition) 化学气相淀积(CVD, chemical vapor deposition)
真空的基本知识
优点 • 耐用 • 成本低，抽速快 • 无震动和声音
缺点 • 油污染
• 扩散泵必须和机械泵联合工作，才能构成高真空抽气 系统。单独的扩散泵时没有抽气作用的
• 理论上，扩散泵的极限真空取决于泵油的蒸气压。而 且泵油必须具备很高的热稳定性和化学稳定性
1～10-3
10-1～10-5 10-3～10-7
〈10-5
〈10-7
分子运动状态
粘滞流 viscous flow 中间流（过渡流）
intermediate flow 分子流 molecular flow
分子流 molecular effusion
四) 真空在薄膜制备中的作用 减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞：f = 1-e-d/l
罗茨泵的转子之间、转子与泵壳内壁之间，保持有一 定的间隙，可以实现高转速运行且没有卡住的危险。
由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很 低，故工作时需要前级泵
在1Pa左右的压强范围内其有相当大的抽气速率，在这 范围内机械泵的抽速很小，扩散泵还只刚刚开始工作。罗 茨泵可以弥补上述两种真空泵抽气速率的脱节。
其中K是与温度有关的常数
右图表示机械泵转子在 连续旋转过程中的四个典型 位置。随着转子的旋转，不 断进行吸气、压缩和排气的 过程。
假设被抽容积为V，初始 压强为P 0,泵内空腔体积为 △V，旋片转过半周后，根 据（1.1）式则压强P 1为
P1（V+ △V ）＝P0V
即
N个循环后
机械泵的定子和转子间存在影响抽真空的有害空间,泵的抽速随着压强降低而减 小。为了减少有害空间的影响通常采用双级泵，双级泵由两个转子串连而成，其中 一个转子的出气口为另一个转子的进气口，这样可以将极限真空的单极泵的1Pa提 高到10-2Pa
罗茨泵
左转子由0°转到180°的抽气过 程：在0°位置时（图a）左转子 从泵入口封入v0体积的气体。当 转到45°位置时（图b ），该腔 与排气口相通。由于排气侧压强 较高，引起一部分气体返冲过来。 当转到90°位置时（图c）左转 子封入的气体，连同返冲的气体 一起排向泵外。这时，右转子也 从泵入口封入v0体积的气体。当 转子继续转到135°时（图d）右 转子封入的气体与排气口相通， 重复上述过程。转子主轴旋转一 周共排出四个v0体积的气体