离子镀及其他PVD方法
PVD真空离子镀膜技术及原理
深圳成霖實業有限公司PVD真空離子鍍膜技術及原理撰稿人:張勝利一.概述PVD即為英語Physical Vapor Deposition的縮寫,即用物理氣相沉積法制得的膜層,所謂物理氣相沉積是利用各種物理方法(如熱蒸發或輝光放電.弧光放電等物理過程).將鍍料氣化成原子.分子或離化為離子,在各種材料或制品表面沉積單層或多層薄膜.從而使材料或制品獲得所需的各種优異性能.它包括真空蒸鍍.真空離子鍍和濺射鍍膜.與其它鍍膜或表面處理方法相比,物理氣相沉積具有鍍層材料廣泛.可鍍各種金屬.合金.氧化物.氮化物.碳化物等化合物鍍層,也能鍍制金屬.化合物的多層或复合層.鍍層附著力強.工藝溫度低.工件一般無受熱變形或材料變質的問題.鍍層純度高.組織致密.工藝過程易於控制.調節.對環境無污染.存有設備較复雜.一次投資較大等缺陷,但由於以上特點.物理氣相沉積技術具有廣闊的發展前景.二.真空離子鍍膜1.概念:真空放電原理:在真空條條下,於兩電極間加上電壓(數KV),氣體便發生電離.如氬氣電離為帶正電荷的氬離子(Ar+)及帶負電荷的電子,並以加速分別奔向陰極和陽極.由於Ar+撞擊陰極(加工物)表面,我們稱之「陰極濺射」.這種氣體放電的物理現象正是離子鍍膜原理的基礎.實現離子鍍有兩個必要的條件: (1)造成一個氣體放電的空間;如圖1所示,在真空條件下.,在陰極靶和工件之間加上一定的電壓後.(該電壓由轟偏電源C提供.工件上加負電).二者之間便形成等離子場.當連接在大功率弧焊機的回路上的陰極靶和引弧電極通斷的瞬間,產生很大的短路電流,使該突起溫升加高,當達到金屬靶材的氣化溫度時.靶材金屬便被蒸發成金屬原子.當金屬原子進入等離子場時受到電子撞擊而電離為金屬離子,在電場和磁場的共同作用下,金屬離子便以較高的能量入射到待鍍工件表面,金屬正離子在達到工件表面的過程中與離化的反應氣體化合形成不同色澤的化合物與金屬原子一起沉積到待鍍工件表面而形成膜層.3.常用鍍膜術語(1)真空:容器內介質氣體壓力低於大氣壓力(101325Pa)的氣體狀態.(2)真空度:用來表示真空狀態下氣體的稀薄程度.通常用壓力表示(3)多弧離子鍍:是把真空弧光放電用於蒸發源的鍍膜技術.鍍膜時陰極靶材表面出現許多非常小的弧光輝點,且蒸發源數目大於一.(4)薄膜:按照一定的需要,利用特殊的制備技術,在基體表面形成厚度為亞微米至微米級的膜層,幾乎所有固體材料都能制成薄膜材料.由於極其薄,因而需要基底支承,薄膜在基底上生長.彼此有相互作用,薄膜的一面附著在基底上,並受到約束又會產生內應力.(5)靶:鍍膜的原材料.(6)蒸發源:鍍膜機離化材料的部件.4.真空的特點和應用(1).排除了空氣的不良影響,可防止金屬氧化。
第四章离子镀膜
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The End
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离化率是指被电离的原子数占全部蒸发原子数的百 分比例。是衡量离子镀特性的一个重要指标，也是衡 量活化程度的主要参量。特别在反应离子镀中更为重 要。被蒸发原子和反应气体的离化程度对薄膜的各种 性质都能产生直接影响。 1．中性粒子的能量
中性粒子所具有的能量Wv主要取决于蒸发温度
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分析离子镀的成膜条件
若辉光空间只有金属蒸发物质，且只考虑蒸发原子的淀积作
用，则单位时间内入射到单位表面上淀积的金属原子数 n 可用
下式表示
n 104 NA
60M
(4-1)
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n 104 N A
60M
式中， －－淀积原子在基片表面的淀积速率（m / min ）； －薄膜的密度（ g / cm3 ）；
与蒸发镀膜和溅射镀膜相比较，除具有二者的特点 外，还特别具有膜层的附着力强、绕射性好、可镀材 料广泛等一系列优点，因此受到人们的重视。
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§4-1 离子镀原理
图4-1为Mattox采用的直流二极型离子镀装置的示意图。
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1. 真空室抽至10－4Pa的高真空后，通入惰性气体（如氩气），使真 空度达到 1~10-1 Pa。
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当 nvEv ni Ei 时，可得
ni Ei nv Ev
eUi ( ni ) C Ui
3kTv / 2 nv
Tv
(
ni nv
)（4－7）
式中，ni / nv－离子镀过程中的离化率；C－可调节参数。
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。
04 第四章 离子镀膜
图4-1 离子镀原理图第四章 离子镀膜离子镀膜技术（简称离子镀）是美国Sandia 公司的D.M.Mattox 于1963年首先提出来的。
是近十几年来在真空蒸发和真空溅射技术基础上发展起来的一种新的镀膜技术。
离子镀的英文全称Ion Plating ，简称IP 。
它是在真空条件下，应用气体放电实现镀膜，即在真空室中使气体或被蒸发物质电离，在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，同时将蒸发物或其反应产物蒸镀的基片上。
离子镀把辉光放电、等离子体技术与真空蒸发技术结合在一起，不但显著提高了淀积薄膜的各种性能，而且大大扩展了镀膜技术的应用范围。
与蒸发镀膜和溅射镀膜相比较，除具有二者的特点外，还特别具有膜层的附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等一系列优点，因此受到人们的重视。
近年来，在国内外得到迅速的发展。
§4-1 离子镀原理图4-1为Maatox 采用的直流二极型离子镀装置的示意图。
当真空室抽至10-4Pa 的高真空后，通入惰性气体（如氩），使真空度达到1~10-1Pa 。
接通高压电源，则在蒸发源与基片之间建立起一个低压气体放电的等离子区。
由于基片处于负高压并被等离子体包围，不断受到正离子的轰击，因此可有效地清除基片表面的气体和污物，使成膜过程中膜层表面始终保持清洁状态。
与此同时，镀材气化蒸发后，蒸发粒子进入等离子区，与等离子区中的正离子和被激活的惰性气体原子以及电子发生碰撞，其中一部分蒸发粒子被电离成正离子，正离子在负高压电场加速作用下，淀积到基片表面成膜。
由此可见，离子镀膜层的成核与生长所需的能量，不是靠加热方式获得，而是由离子加速的方式来激励的。
被电离的镀材离子和气体离子一起受到电场的加速，以较高的能量轰击基片或镀层表面，这种轰击作用一直伴随着离子镀的全过程。
但是，由于基片是阴极，蒸发源为阳极，通常在两极间有1~5kV 的负高压，因此，在膜材原子淀积过程的同时，还存在着正离子（Ar +或被电离的蒸发离子）对基片的溅射作用。
表面处理工艺-PVD及其他
真空泵的主要参数
• 抽气速率: 定义为在泵的进气口任意给定压强下， 单位时间内流入泵内的气体体积
S V t
PP 1
或表示为：
Q S P
其中，Q为单位时间内流入泵的气体量。 泵的抽气速率S并不是常数，随P而变。
• 几种常用真空泵的工作压强范围 10 10 pa 旋片机械泵 10 10 pa 吸附泵 扩散泵 10 10 pa 10 10 pa 涡轮分子泵 溅射离子泵 10 10 pa 10 10 pa 低温泵
EMI的优点
价格低。
金属薄膜厚度只有0.5～2μ m，不影响装配。
环保制程，无污染。 欲溅射材料无限制 被溅射基材几无限制 膜质致密均匀、膜厚容易控制。
附著力强
工艺： 超声波清洗---烘干---辉光清洗---镀铜-（Al Ag Ni )—镀不锈钢
Hale Waihona Puke 性能： 电阻 耐蚀性 附着力 环境测试
网络分析仪
影响良率的因素
薄膜厚度 50nm 50-100nm >100nm 薄膜厚度的均匀性 钨丝篮的分布 镀膜用量的分布 空间中真空度的均匀性 喷涂的品质 杂质 橘皮 积漆
电子束蒸发镀
原理：利用电子束加热使膜材汽化蒸发后，凝结在基片 表面成膜的一种方法。电子束获得能量密度大，可加热 到3000度以上，可同时满足高熔点材料蒸发，如钨、 SiO2、Al2O3等。 被蒸镀材料放在水冷坩埚内，可免容器材料蒸发及其与 膜材的反应。 电子束轰击膜材时，会激发许多有害的反射电子、背散 射电子及二次 电子，损伤基片。
6层AR膜：玻璃/TiO2/SiO2/ TiO2/SiO2 TiO2/SiO2 厚度范围（nm）9~13/30~40/50~80/1~15/22~40/80~90 AR宽度范围：<0.6%,430~680nm
PVD应用技术介绍
PVD技术在BYD的应用
装饰性镀膜：外壳、按键、显示视窗防护 面板的Al,Sn,Cr镀层
功能性镀膜：防电磁干扰（Electromagnetic Interference,简称EMI）
汽车的按钮、穿戴饰件
Hale Waihona Puke 学薄膜（1）减反射膜：相机、摄像机、投影仪、
望远镜等MgF2,SiO2,ZrO2,Al2O3
红外设备镜头上的ZnS,CeO2,SiO
（2）增反射膜：太阳能接收器、镀膜反射
镜、激光器用的高反射率膜
（3）分光镜和滤波片：如彩色扩印设备上
光学薄膜
（4）镀膜玻璃：建筑、汽车的隔热(减少 红外线的反射)
物理气相沉积--PVD
PVD是以某种物理机制,如物质的热蒸发或 在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等 现象,实现物质原子从源物质到薄膜的可控 转移的过程.相对于化学气相沉积—CVD而 言在PVD过程中固态或熔融态的源物质经 过物理过程进入气相 ,在气相及衬底表面不 发生化学变化.
PVD包括蒸镀(Evaporation)、溅射镀 (Sputtering)和离子镀(Ion Plating)
a-SiGe:H, a-SiC:H等晶态和非晶态薄膜
（4）透明导电薄膜(太阳能电池、液晶显 示器
的透明电极和低压电加热器的电加热薄膜 ）
磁记录薄膜
复合磁头：对于磁头材料,要求具有典型的软磁 性能,即饱和磁化强度高、矫顽力低、磁导率高, 磁致伸缩系数低.传统的烧结铁氧体磁体具有很 好的软磁性能和耐磨能,但其磁化强度远低于合 金软磁材料,因而采用PVD工艺在铁氧体磁头表 面沉积一层厚度几个微米的软磁性能较好的合 金薄膜.
pvd离子镀膜原理
pvd离子镀膜原理
PVD（Physical Vapor Deposition）离子镀膜是一种常见的表面处理方法，它通过物理手段将薄膜材料以蒸发、溅射等方式转化为气态，然后在基底表面生成薄膜。
PVD离子镀膜的原理主要包括以下几个步骤：
1. 材料蒸发：选用适合的材料，将其放置在真空室中的加热源处。
通常采用电子束蒸发或电阻加热来加热材料，使其达到蒸发温度。
2. 生成薄膜：蒸发的材料会产生高能量的原子或分子，这些离子会在真空室中飞行，并逐渐沉积在基底表面上，形成薄膜。
3. 离子激活：为了使薄膜具有更好的附着力和性能，通常会对薄膜进行离子激活处理。
离子源会向薄膜表面发射高能量的离子，离子与薄膜表面相互作用，增强薄膜与基底的结合力。
4. 薄膜沉积：离子激活后，薄膜会在基底表面逐渐形成均匀的镀层。
由于离子沉积速度快、均匀性好，所以薄膜通常具有较高的致密度和良好的表面光洁度。
PVD离子镀膜的优点包括镀层致密、附着力好、耐腐蚀性高等，可以广泛应用于材料表面处理、陶瓷涂层、光学薄膜、装饰膜等领域。
pvd 物理气相沉积工艺
pvd 物理气相沉积工艺
PVD物理气相沉积工艺是一种常用的薄膜制备技术，广泛应用于微电子、光电子、材料科学等领域。
它采用物理方式将固态材料转化为气相，再通过各种方法沉积到基底上，从而形成具有特定功能和性能的薄膜材料。
PVD物理气相沉积工艺有多种方法，其中最常见的包括磁控溅射、电弧离子镀、激光溅射等。
这些方法都基于相同的原理，即通过外加能量将材料转化为气态，然后将气态材料沉积到基底上。
在磁控溅射工艺中，通过在真空环境下施加磁场，使金属靶材表面的原子被电子轰击击碎，并以高速运动的方式沉积到基底上。
这种方法可以制备出高质量、致密的薄膜，具有优异的粘附力和膜层均匀性。
电弧离子镀工艺则利用电弧放电产生的高能离子束，在真空环境下将金属靶材表面的原子击碎并沉积到基底上。
电弧离子镀工艺可以制备出具有较高密度和较高结晶度的薄膜，适用于制备金属薄膜和复合薄膜。
激光溅射工艺则利用激光束对靶材进行照射，将靶材表面的原子击碎并沉积到基底上。
激光溅射工艺具有高度的可控性和可重复性，可以制备出高质量、高纯度的薄膜，广泛应用于光学薄膜、显示器件等领域。
PVD物理气相沉积工艺具有许多优点，例如制备过程简单、操作方便、沉积速率高、薄膜质量好等。
它可以制备出各种材料的薄膜，如金属薄膜、合金薄膜、氧化物薄膜等，具有广泛的应用前景。
总的来说，PVD物理气相沉积工艺是一种重要的薄膜制备技术，具有广泛的应用领域和优势。
通过不同的方法和参数的选择，可以制备出具有不同性质和功能的薄膜材料，为各种领域的研究和应用提供了重要的支持和推动。