wenfang 真空镀膜技术简称PVD,在真空条件下,采用物理方法,使材料源表面气化成原子、分子或离子,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。真空镀膜设备镀膜技术主要分为蒸镀、溅射和离子镀三大类。而蒸发镀膜技术也分为三种,电阻蒸发,电子束蒸发,感应加热蒸发。
真空镀膜设备镀膜技术大方向来分有三种,蒸发镀膜技术,离子镀膜技术,磁控溅射镀膜设备,每种镀膜技术都有各自的优缺点,镀制不同的基材,不同的靶材,选择的镀膜技术是不相同的。
电阻蒸发镀膜技术采用电阻加热蒸发源的蒸发镀膜技术,一般用于蒸发低熔点材料,如铝、金、银、硫化锌、氟化镁、三氧化二铬等;加热电阻一般采用钨、钼、钽等。奇优点,结构简单,成本低。缺点材料易与坩埚反应,影响薄膜纯度,不能蒸镀高熔点的介电薄膜;蒸发率低。
电阻蒸发镀
电子束蒸发,利用高速电子束加热使材料汽化蒸发,在基片表面凝结成膜的技术。电子束热源的能量密度可达104-109w/cm2,可达到3000℃以上,可蒸发高熔点的金属或介电材料如钨、钼、锗、SiO2、AL2O3等。电子束蒸发的主要原理:高真空环境下,通过电子枪发出的高能电子,在电场和磁场作用下,电子轰击靶材表面使动能转化为热能,靶材升温,变成熔融状态或者直接蒸发出去,在衬底表面沉积成薄膜。
电子束加热的蒸镀源有直枪型电子枪和e型电子枪两种(也有环行),电子束自源发出,用磁场线圈使电子束聚焦和偏转,对膜料进行轰击和加热。其优点可蒸发任何材料,薄膜纯度高,直接作用于材料表面,热效率高。缺点电子枪结构复杂,造价高,化合物沉积时易分解,化学比失调。
感应加热蒸发,利用高频电磁场感应加热,使材料汽化蒸发在基片表面凝结成膜的技术。其优点蒸发速率大,可比电阻蒸发源大10倍左右,蒸发源的温度稳定,不易产生飞溅现象,坩埚温度较低,坩埚材料对膜导污染较少。其缺点蒸发装置必须屏蔽,造价高、设备复杂。发真空镀膜设备这三种蒸发镀膜技术虽然原理都是一样,都是通过高温蒸发材质汽化的方式镀膜,但是所应用的环境却不一样,镀的膜材和基材也有不同的要求。高频感应加热蒸发是将装有镀膜材料的坩埚放置在高频螺旋线圈的中心,使镀膜材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流电流和磁滞效应,致使膜层升温,直至气化蒸发。蒸发源一般有水冷高频线圈和石墨或者陶瓷(氧化镁、氧化铝、氧化硼等)坩埚组成。高频电源采用的频率为1万至几十万赫兹,输入功率为几至几百千瓦,膜材体积越小,感应频率越高。感应线圈频率通常用水冷铜管制造。高频感应加热蒸发方法的缺点是不易对输入功率进行微调,它有下述优点: 1、蒸发速率大:2、蒸发源温度均匀稳定,不易产生镀料液滴飞溅的现象3、蒸发源一次装料,温度控制比较容易,操作简单。
磁控溅射镀膜优势介绍
磁控溅射工艺的主要优点是可以使用反应性或非反应性镀膜工艺来沉积这些材料的膜层,并且可以很好地控制膜层成分、膜厚、膜厚均匀性和膜层机械性能等,因此市面上镀制膜层,对膜层要求比较高,几乎都采用磁控溅射镀膜技术来实现。
磁控溅射镀膜技术有一下几点优势
1.沉积速率大。由于采用高速磁控电极,可获得的离子流很大,有效提高了此工艺镀膜过程的沉积速率和溅射速率。与其它溅射镀膜工艺相比,磁控溅射的产能高、产量大、于各类工业生产中得到广泛应用。
2.功率效率高。磁控溅射靶一般选择200V-1000V范围之内的电压,通常为600V,因为600V的电压刚好处在功率效率的最高有效范围之内。溅射能量低。磁控靶电压施加较低,磁场将等离子体约束在阴极附近,可防止较高能量的带电粒子入射到基材上。
3.基片温度低。可利用阳极导走放电时产生的电子,而不必借助基材支架接地来完成,可以有效减少电子轰击基材,因而基材的温度较低,非常适合一些不太耐高温的塑料基材镀膜。磁控溅射靶表面不均匀刻蚀。磁控溅射靶表面刻蚀不均是由靶磁场不均所导致,靶的局部位置刻蚀速率较大,使靶材有效利用率较低(仅20%-30%的利用率)。因此,想要提高靶材利用率,需要通过一定手段将磁场分布改变,或者利用磁铁在阴极中移动,也可提高靶材利用率。
4.复合靶。可制作复合靶镀合金膜,目前,采用复合磁控靶溅射工艺已成功镀上了Ta-Ti合金、(Tb-Dy)-Fe以及Gb-Co合金膜。复合靶的结构有四种,分别是圆块镶嵌靶、方块镶嵌靶、小方块镶嵌靶以及扇形镶嵌靶,其中以扇形镶嵌靶结构的使用效果为佳。5.应用范围广。磁控溅射工艺可沉积元素有很多,常见的有: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。
真空离子镀膜技术真空离子镀膜技术(简称离子镀)最早由D.M.Mattox于1963年提出并付诸实践,是蒸发和溅射相结合的一种镀膜技术。它以离子的轰击为基础,通过将被镀膜材料或工件加热到熔融状态,利用高能离子轰击将化学沉积的金属或半导体薄膜沉积到基底表面,从而获得具有特定结构和性能的薄膜的技术。 离子镀膜的作用过程是将蒸发源接阳极,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弧光放电。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。离子镀的镀层组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀,这种方法非常适合于镀复零件上的内孔、凹槽和窄缝等其他方法难镀的部位,且不致形成金属瘤。由于这种工艺方法还能修补工件表面的微小裂纹和麻点等缺陷,故可有效地改善被镀零件的表面质量和物理机械性能。疲劳试验表明,如果处理得当,工件疲劳寿命可比镀前提高20%~30%。
阴极电弧离子镀
真空离子镀材料选择
离子镀应用广泛,可以用于日常用品、工艺品、航天航空以及光学器件等各类工业产品的覆镀。主要包括:
金属材料:如铜、银、金、铬、镍、钴等。 陶瓷材料:如氧化铝、氧化锆等。塑料材料:如聚酰胺、聚碳酸酯等。玻璃材料:如玻璃、石英等。半导体材料:如硅、锗等。需要注意的是,离子镀的材料选择与性能表现之间存在一定的关系,因此需要根据具体应用场景选择合适的材料进行处理。