气相沉积

应用
➢ 装饰性：在塑料上蒸镀铝后染色——塑料金属化 纺织物中的闪亮的彩色丝也使镀铝后变色的塑料
丝；包装塑料薄膜上蒸镀铝，装饰和防潮作用，食品、 香烟、服装、礼品的包。
➢ 光学膜：手表玻璃和手机视窗玻璃，镀铬为银白色， 镀金为金色；汽车后视镜、反光镜，镜面发射。
主要问题
蒸气原子动能低，基材需加热，由于有方向性，结 合力低
•耐磨镀层，难熔物质：硼化物，碳化物，氮化物
•减摩镀层，TiN-金刚石：摩擦系数＝0.03 •高温应用镀层，氧化物镀层
•耐腐蚀镀层
Ta，耐酸碱或含硫物质腐蚀；Si，叶片，高温高压下，抗氧 化，耐腐蚀
化学气相沉积（CVD）
原理
第十章 气相沉积技术
在一定温度下，混合气体与基体的表面相互作用， 使混合气体中的某些成分分解，在基体上形成金 属或化合物的薄膜或镀层。
一般过程 以形成TiN的工艺过程为例
化学气相沉积（CVD）
第十章 气相沉积技术
基本组成
初始气源(源物质)、加热反应室、废气处理排放系统
➢初始气源（源物质） 惰性气体：N2，Ar；还原气体：H2； 各种反应气：CH4，CO2，H2O，NH3，Cl2 固态金属：化合物转化成气体 ➢加热反应 900～2000℃ ；金属有机化合物分解 ：500～800 ℃ 更低：等离子体辅助PACVD，等离子体增强 PECVD，激光LCVD
主要内容
第十章 气相沉积技术
一、概述 二、物理气相沉积（PVD） 三、化学气相沉积（CVD）
一、概述
第十章 气相沉积技术
定义 真空，物理、化学，气态分子、原子，沉积， 覆盖层
目的 超硬、耐蚀、耐高温、耐氧化、功能性、装饰性 如：高速钢刀具表面沉积TiN，使用寿命↑ 2～10倍。
分类
主要分两大类：PVD，CVD
离子镀
物理气相沉积（PVD）
➢原理
基材与坩埚之间加电压，Ar产生辉光放电，在辉光放 电空间形成等离子体，使蒸气原子电离为正离子，在 阴极表面被加速。
直流二极型离子镀
离子镀
物理气相沉积（PVD）
➢ 特点 优点：离子能量高，膜基界面形成较宽的伪
扩散层，膜层附着力强。 缺点：对基板损伤大，基板温度高；设备结
构复杂，投资大，操作繁琐。 ➢ 发展：多特别适合于沉积硬质薄膜，广泛用于刀具、模 具（铸模、注塑模、磁粉成型模），抗磨零件。
➢常用膜系：TiN、ZrN、HfN、TiC、Al2O3等， 类金刚石（DLC），TiBi2
➢被镀基材：高速钢、模具钢、硬质合金钢等
c、多靶系统:制作复合膜
溅射镀
物理气相沉积（PVD）
应用
➢阳光控制膜
高层建筑外墙广泛采用幕墙玻璃。基本功能是使阳光中可见
光的部分通过，而红外线和远红外线的部分反射。可见光部分 对室内采光是必要的，红外线部分的热能辐射能使室内温度升 高。在有中央空调的高层建筑，采用阳光控制膜玻璃，可以让 空调能耗至少节约1/3以上，色调鲜艳，有美化建筑的作用。
➢排放系统 废气处理，去除有害成分，去除固体颗粒
特点
➢优点
化学气相沉积（CVD）
•便于制备各种单质、化合物、复合材料，梯度沉积层
•适合涂镀各种复杂形状的部件，盲孔、沟、槽的工件
•温度高，涂镀层与基体结合力强
➢缺点
•温度高，需后续热处理，工件变形大
对于钢材不合适，在>800 ℃时，可能发生相变，膨胀系数的差 别产生应力；基体与HCl 气体反应，一般采用先沉积Ni保护，所
阳光控制膜一般三层：第一层是化合物膜层（SnO2、TiN）， 由于膜厚不同，显示不同颜色；第二层：金属薄膜层（Cr、Cu、 Ti、Ag、不锈钢）调整透光率和反射率；第三层：保护层 （TiO2），防止膜层在环境条件下的变质和划伤。
➢液晶显示器：ITO（氧化铟锡）透明导电膜玻璃是液晶显示器
的基础材料。
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镀前处理：工艺表面要求清洁，无任何杂质才能提高结合力。
真空：尽量减少氧含量，减少生成氧化物的量。10 -2 ～10-3Pa
烘烤： ↑基体温度，↑反应所需激活能和增加相互扩散能力 预轰击净化 ：用Ar 离子轰击表面，将吸附气体原子、杂质原 子轰掉，露出新鲜表面
分类
物理气相沉积（PVD）
➢真空蒸镀：包括电阻加热，电子束加热，激光加 热，高频感应加热
以对于钢材<700 ℃ 。适用于石墨，Mo，陶瓷等
•沉积速率低
•废气有毒，腐蚀设备，污染环境（如HCl）
应用
化学气相沉积（CVD）
➢制取材料
•制备难熔材料的粉末和晶须
复合材料提高强韧性（陶瓷增韧，SiC增强等） Si3N4,TiC,Al2O3,TiN,Cr3C2,SiC,ZrC,ZrN,ZrO2
➢制取特殊性能涂层
辉光放电，弧光放电，电子束，离子束，激光，等离子体等，
提供能量高、种类多的离子，电子或中性粒子，加速化学反
应过程或物理过程，提高附着力，提高沉积质量。
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二、物理气相沉积（PVD）
第十章 气相沉积技术
真空，物理过程，沉积金属、非金属及化合物，薄膜
工艺过程
➢镀材（靶料）气化——气相运输——沉积成膜
➢基材：镀前处理——真空排气——烘烤——离子轰 击——沉积——冷却——出炉
真空蒸镀
物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积（PVD）
真空蒸镀
➢原理 当P<P 饱和蒸发，饱和蒸汽压是温度的函数。 10-3～10-2Pa，将材料加热，使其蒸发，遇到器壁凝固
➢蒸发源 电阻加热、电子束、激光束
➢成膜过程 低气压，大电流——蒸发——传输——形核——长
大——成膜
真空蒸镀
物理气相沉积（PVD）
➢膜厚：2.5～5微米
➢固体润滑膜：低摩擦系数的MoS2，掺金属的类 金刚石膜
溅射镀
物理气相沉积（PVD）
➢原理 利用离子轰击溅射原子沉积在被镀表面，磁控溅射
溅射镀
物理气相沉积（PVD）
特点
a、镀膜层粒子的能量比蒸发镀高1～10eV， 比离子镀低，附着力较强，而对基板损伤 小
b、靶材可以是纯金属，化合物，可以沉积
➢离子镀：包括辉光放电离子镀，弧光放电离子镀， 感应加热离子镀，活化蒸发离子镀
➢溅射镀：包括二极溅射，三极溅射，四极溅射， 磁控溅射，射频溅射，离子束溅射
物理气相沉积（PVD）
特点
➢镀膜材料广泛，易氧化、高熔点材料镀， 化合物层
➢界面清洁，一般都用Ar溅射 ➢致密，结合力好 ➢可沉积各种类型的薄膜 ➢基材温度低≤500℃，变形小