真空鍍膜技術簡稱PVD,在真空條件下,采用物理方法,使材料源表面氣化成原子、分子或離子,在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術。真空鍍膜設備鍍膜技術主要分為蒸鍍、濺射和離子鍍?nèi)箢悺６舭l(fā)鍍膜技術也分為三種,電阻蒸發(fā),電子束蒸發(fā),感應加熱蒸發(fā)。

真空鍍膜設備鍍膜技術大方向來分有三種,蒸發(fā)鍍膜技術,離子鍍膜技術,磁控濺射鍍膜設備,每種鍍膜技術都有各自的優(yōu)缺點,鍍制不同的基材,不同的靶材,選擇的鍍膜技術是不相同的。

電阻蒸發(fā)鍍膜技術采用電阻加熱蒸發(fā)源的蒸發(fā)鍍膜技術,一般用于蒸發(fā)低熔點材料,如鋁、金、銀、硫化鋅、氟化鎂、三氧化二鉻等;加熱電阻一般采用鎢、鉬、鉭等。奇優(yōu)點,結構簡單,成本低。缺點材料易與坩堝反應,影響薄膜純度,不能蒸鍍高熔點的介電薄膜;蒸發(fā)率低。

電阻蒸發(fā)鍍

電子束蒸發(fā),利用高速電子束加熱使材料汽化蒸發(fā),在基片表面凝結成膜的技術。電子束熱源的能量密度可達104-109w/cm2,可達到3000℃以上,可蒸發(fā)高熔點的金屬或介電材料如鎢、鉬、鍺、SiO2、AL2O3等。電子束蒸發(fā)的主要原理:高真空環(huán)境下,通過電子槍發(fā)出的高能電子,在電場和磁場作用下,電子轟擊靶材表面使動能轉化為熱能,靶材升溫,變成熔融狀態(tài)或者直接蒸發(fā)出去,在襯底表面沉積成薄膜。

電子束加熱的蒸鍍源有直槍型電子槍和e型電子槍兩種(也有環(huán)行),電子束自源發(fā)出,用磁場線圈使電子束聚焦和偏轉,對膜料進行轟擊和加熱。其優(yōu)點可蒸發(fā)任何材料,薄膜純度高,直接作用于材料表面,熱效率高。缺點電子槍結構復雜,造價高,化合物沉積時易分解,化學比失調。

感應加熱蒸發(fā),利用高頻電磁場感應加熱,使材料汽化蒸發(fā)在基片表面凝結成膜的技術。其優(yōu)點蒸發(fā)速率大,可比電阻蒸發(fā)源大10倍左右,蒸發(fā)源的溫度穩(wěn)定,不易產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象,坩堝溫度較低,坩堝材料對膜導污染較少。其缺點蒸發(fā)裝置必須屏蔽,造價高、設備復雜。發(fā)真空鍍膜設備這三種蒸發(fā)鍍膜技術雖然原理都是一樣,都是通過高溫蒸發(fā)材質汽化的方式鍍膜,但是所應用的環(huán)境卻不一樣,鍍的膜材和基材也有不同的要求。高頻感應加熱蒸發(fā)是將裝有鍍膜材料的坩堝放置在高頻螺旋線圈的中心,使鍍膜材料在高頻電磁場的感應下產(chǎn)生強大的渦流電流和磁滯效應,致使膜層升溫,直至氣化蒸發(fā)。蒸發(fā)源一般有水冷高頻線圈和石墨或者陶瓷(氧化鎂、氧化鋁、氧化硼等)坩堝組成。高頻電源采用的頻率為1萬至幾十萬赫茲,輸入功率為幾至幾百千瓦,膜材體積越小,感應頻率越高。感應線圈頻率通常用水冷銅管制造。高頻感應加熱蒸發(fā)方法的缺點是不易對輸入功率進行微調,它有下述優(yōu)點: 1、蒸發(fā)速率大:2、蒸發(fā)源溫度均勻穩(wěn)定,不易產(chǎn)生鍍料液滴飛濺的現(xiàn)象3、蒸發(fā)源一次裝料,溫度控制比較容易,操作簡單。

磁控濺射鍍膜優(yōu)勢介紹

磁控濺射工藝的主要優(yōu)點是可以使用反應性或非反應性鍍膜工藝來沉積這些材料的膜層,并且可以很好地控制膜層成分、膜厚、膜厚均勻性和膜層機械性能等,因此市面上鍍制膜層,對膜層要求比較高,幾乎都采用磁控濺射鍍膜技術來實現(xiàn)。

磁控濺射鍍膜技術有一下幾點優(yōu)勢

1.沉積速率大。由于采用高速磁控電極,可獲得的離子流很大,有效提高了此工藝鍍膜過程的沉積速率和濺射速率。與其它濺射鍍膜工藝相比,磁控濺射的產(chǎn)能高、產(chǎn)量大、于各類工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。

2.功率效率高。磁控濺射靶一般選擇200V-1000V范圍之內(nèi)的電壓,通常為600V,因為600V的電壓剛好處在功率效率的最高有效范圍之內(nèi)。濺射能量低。磁控靶電壓施加較低,磁場將等離子體約束在陰極附近,可防止較高能量的帶電粒子入射到基材上。

3.基片溫度低?？衫藐枠O導走放電時產(chǎn)生的電子,而不必借助基材支架接地來完成,可以有效減少電子轟擊基材,因而基材的溫度較低,非常適合一些不太耐高溫的塑料基材鍍膜。磁控濺射靶表面不均勻刻蝕。磁控濺射靶表面刻蝕不均是由靶磁場不均所導致,靶的局部位置刻蝕速率較大,使靶材有效利用率較低(僅20%-30%的利用率)。因此,想要提高靶材利用率,需要通過一定手段將磁場分布改變,或者利用磁鐵在陰極中移動,也可提高靶材利用率。

4.復合靶?？芍谱鲝秃习绣兒辖鹉?目前,采用復合磁控靶濺射工藝已成功鍍上了Ta-Ti合金、(Tb-Dy)-Fe以及Gb-Co合金膜。復合靶的結構有四種,分別是圓塊鑲嵌靶、方塊鑲嵌靶、小方塊鑲嵌靶以及扇形鑲嵌靶,其中以扇形鑲嵌靶結構的使用效果為佳。5.應用范圍廣。磁控濺射工藝可沉積元素有很多,常見的有:Ag、Au、C、Co、Cu、Fe、Ge、Mo、Nb、Ni、Os、Cr、Pd、Pt、Re、Rh、Si、Ta、Ti、Zr、SiO、AlO、GaAs、U、W、SnO等。

真空離子鍍膜技術真空離子鍍膜技術(簡稱離子鍍)最早由D.M.Mattox于1963年提出并付諸實踐,是蒸發(fā)和濺射相結合的一種鍍膜技術。它以離子的轟擊為基礎,通過將被鍍膜材料或工件加熱到熔融狀態(tài),利用高能離子轟擊將化學沉積的金屬或半導體薄膜沉積到基底表面,從而獲得具有特定結構和性能的薄膜的技術。離子鍍膜的作用過程是將蒸發(fā)源接陽極,工件接陰極,當通以三至五千伏高壓直流電以后,蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生弧光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣,在放電電場作用下部分氬氣被電離,從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰極負高壓的吸引,猛烈地轟擊工件表面,致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出,從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后,接通蒸發(fā)源交流電源,蒸發(fā)料粒子熔化蒸發(fā),進入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子,在陰極吸引下,隨同氬離子一同沖向工件,當拋鍍于工件表面上的蒸發(fā)料離子超過濺失離子的數(shù)量時,則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。離子鍍的鍍層組織致密、無針孔、無氣泡、厚度均勻,這種方法非常適合于鍍復零件上的內(nèi)孔、凹槽和窄縫等其他方法難鍍的部位,且不致形成金屬瘤。由于這種工藝方法還能修補工件表面的微小裂紋和麻點等缺陷,故可有效地改善被鍍零件的表面質量和物理機械性能。疲勞試驗表明,如果處理得當,工件疲勞壽命可比鍍前提高20%~30%。

陰極電弧離子鍍

真空離子鍍材料選擇

離子鍍應用廣泛,可以用于日常用品、工藝品、航天航空以及光學器件等各類工業(yè)產(chǎn)品的覆鍍。主要包括:

金屬材料:如銅、銀、金、鉻、鎳、鈷等。 陶瓷材料:如氧化鋁、氧化鋯等。塑料材料:如聚酰胺、聚碳酸酯等。玻璃材料:如玻璃、石英等。半導體材料:如硅、鍺等。需要注意的是,離子鍍的材料選擇與性能表現(xiàn)之間存在一定的關系,因此需要根據(jù)具體應用場景選擇合適的材料進行處理。