PVD（Physical Vapor Deposition）
真空蒸鍍、濺鍍
真空蒸鍍：將基板置於真空艙（chamber）內，置入source，用電子束激發
source，使之離子化（類似蒸發固變氣），即可附著在基板上（coating），而膜厚的量測則由內置一組石英震盪器測量（由震盪頻率的改變而量出膜厚）。
濺鍍（sputter）：與蒸鍍相似，差別在於利用電漿（plasma）來激發。
差別：一般純金屬（如鎳、鉻）之source利用蒸鍍，不純（鎳鉻合金）則利
用濺鍍。而成本上以濺鍍較高，所以雖然濺鍍也可用於純金屬，一般基於成本考量傾向使用蒸鍍。
※真空室內的真空要做好，因可使離子之平均自由徑變大，易於coating。（ι＝K/Ρ）K=氣體常數，P＝壓力。
塑膠材料表面蒸鍍具特色且為附著力強的鍍膜，可以達到保護基材、裝飾、抗電磁波、導電或是抗反射等目的。塑膠表面真空鍍膜的應用領域極廣，包含包裝用薄膜材料、各種塑膠殼料、光學鏡片、觸控面板、軟式印刷電路板等，必須配合各自的需求及功能而蒸鍍不同的鍍膜材料。【摘錄至9/19經濟日報】
薄膜濺鍍
濺鍍的原理如圖主要主要利用輝光放電(glow discharge)將氬氣(Ar)離子撞擊靶材(target)表面, 靶材的原子被彈出而堆積在基板表面形成薄膜。濺鍍薄膜的性質、均勻度都比蒸鍍薄膜來的好,但是鍍膜速度卻比蒸鍍慢很多。新型的濺鍍設備幾乎都使用強力磁鐵將電子成螺旋狀運動以加速靶材周圍的氬氣離子化, 造成靶與氬氣離子間的撞擊機率增加, 提高濺鍍速率。一般金屬鍍膜大都採用直流濺鍍,而不導電的陶磁材料則使用RF交流濺鍍,基本的原理是在真空中利用輝光放電(glow discharge)將氬氣(Ar)離子撞擊靶材(target)表面，電漿中的陽離子會加速衝向作為被濺鍍材的負電極表面，這個衝擊將使靶材的物質飛出而沈積在基板上形成薄膜。
一般來說，利用濺鍍製程進行薄膜披覆有幾項特點：(1)金屬、合金或絕緣物均可做成薄膜材料。(2)再適當的設定條件下可將多元複雜的靶材製作出同一組成的薄膜。(3)利用放電氣氛中加入氧或其他的活性氣體，可以製作靶材物質與氣體分子的混合物或化合物。(4)靶材輸入電流及濺射時間可以控制，容易得到高精度的膜厚。(5)較其他製程利於生產大面積的均一薄膜。(6)濺射粒子幾不受重力影響，
靶材與基板位置可自由安排。(7)基板與膜的附著強度是一般蒸鍍膜的10倍以上，且由於濺射粒子帶有高能量，在成膜面會繼續表面擴散而得到硬且緻密的薄膜，同時此高能量使基板只要較低的溫度即可得到結晶膜。(8)薄膜形成初期成核密度高，可生產10nm以下的極薄連續膜。(9)靶材的壽命長，可長時間自動化連續生產。(10)靶材可製作成各種形狀，配合機台的特殊設計做更好的控制及最有效率的生產。
薄膜檢測
–Thickness uniformity
–Defect generation
–Stress (tension/ compression)
–Conductivity/ resistivity
–Reflectivity
–Through life uniformity
隨著國內光電及半導體產業快速發展，對真空鍍膜製程技術及設備需求日益迫切，金屬工業研究發展中心執行經濟部科技專案，整合連續式製程監控模組與鍍膜硬體設備，開發連續式鍍膜自動化系統，成本僅為進口設備的五分之三，將可取代進口增加國產設備產值13億元/年，帶動國內功能性鍍膜產業發展。
真空鍍膜已被大量應用在光電、半導體、光磁儲存媒體、被動元件、平面顯示器、微機電、光學元件、金屬切削刀具及各類機械耐磨/潤滑、包裝、生醫材料等，具有無可取代、主導產品未來走向的關鍵地位；目前國內自製之鍍膜設備仍以單一腔體為主，一次只能進行一批次產品之單一鍍膜處理，生產效率低，少數廠商雖有能力製作連續濺鍍設備，但因多採側掀式真空門閥，受限於門閥尺寸只能鍍2D形狀或小型零件等工件，且不具備網路遠距管理與工廠製造管理系統設備連線能力。
金屬中心開發之連續式鍍膜自動化系統，採多腔體連續式設計，可同時進行多批次產品之鍍膜或複合鍍膜處理，有效提高生產效率；真空門閥尺寸達
400mm(W)×400mm(H)，可滿足大面積尺寸基板與3D形狀工件之蒸鍍需求，擴大了鍍膜應用領域；模組化真空腔體與門閥設計更能滿足不同產業的製程需求與彈性擴增；此外系統更具備了遠端同步監控管理功能與SECS/HSMS機台通訊協
定，可與工廠CIM系統連線，使管理者能輕易掌握製程狀況，達到製程即時監控及降低人力成本。
金屬中心表示，真空鍍膜設備製造屬技術、資本密集產業，進入障礙高，而國產設備之功能與品質尚無法與歐美日大廠競爭，因此設備仍以進口為主；隨著半導體、光記錄媒體(CD-R、CD-RW、DVD等)及平面顯示器(透明導電膜)產業的急速成長，具整合性系統、低成本之連續式自動化鍍膜設備，是支援產業持續成長的重要關鍵；金屬中心多年以來已建立各項真空表面處理製程技術，與鍍膜處理自動化設備規劃設計及系統整合能量，歡迎國內相關應用產業技術諮詢。
【資本家國際新聞網報導於2003/4/2】
一般鍍膜處理
製程技術
乾式鍍膜法
濺鍍法sputting ﹕由上往下鍍上藥劑﹐一般來說﹐只能做單面處理
蒸鍍法﹕在真空下進行﹐而且要有除塵設備﹐附著力比前者略差
濕式鍍膜法
float coat ﹕適合用於不規則表面﹐缺點是平整度較差﹐有流痕產生
spin coat ﹕藥劑由上滴下﹐待鍍件超音波旋轉﹐如CD 片之表面處理質硬﹐但缺點是表面不夠光亮
spray ﹕以高壓噴出﹐適合用在大型平板﹐但缺點是平整度不夠
dipping﹕以浸泡方式，可以控制到相當高之平整度，適合用在光學元件，但缺點是速度慢
roller﹕以細鋼線為滾子﹐適合生產平板﹐但缺點是厚度太厚﹐浪費藥水
实验一真空蒸发和离子溅射镀膜 随着材料科学的发展，近年来薄膜材料作为其中的一个重要分支从过去体材料一统天下的局面中脱赢而出。如过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅需数几个器件或一块 集成电路板就能完成，薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。薄膜技术 还可以将各种不同的材料灵活的复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发挥每种 材料各自的优势，避免单一材料的局限性。薄膜的应用范围越来越宽，按其用途可分为光学薄膜、微电子学薄膜、光电子学薄膜、集成光学薄膜、信息存储薄膜、防护功能薄膜等。目前，薄膜材料在科学技术和社会经济各个领域发挥着越来越重要的作用。因此薄膜材料的制 备和研究就显得非常重要。 薄膜的制备方法可分为物理法、化学法和物理化学综合法三大类。物理法主要指物理气 相沉积技术（Physical Vapor Deposition, 简称PVD）,即在真空条件下，采用各种物理方法 将固态的镀膜材料转化为原子、分子或离子态的气相物质后再沉积于基体表面，从而形成固 体薄膜的一类薄膜制备方法。物理气相沉积过程可概括为三个阶段： 1.从源材料中发射出粒 子；2.粒子输运到基片；3.粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。由于粒子发射可以采用不同的方式，因而物理气相沉积技术呈现出各种不同形式，主要有真空蒸发镀膜、溅射镀膜 和离子镀膜三种主要形式。在这三种PVD基本镀膜方法中，气相原子、分子和离子所产生的方式和具有的能量各不相同，由此衍生出种类繁多的薄膜制备技术。本实验主要介绍了真空 蒸发和离子溅射两种镀膜技术。在薄膜生长过程中，膜的质量与真空度、基片温度、基片清 洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等有关。在溅射薄膜的生长过程中，气体流量（压力）也会对形成的薄膜的性质产生影响。通过改变镀膜条件，即可得到性质炯异的薄膜材料。 对制备的薄膜材料，可通过 X射线衍射、电子显微镜（扫描电镜、透射电镜等）、扫描探针（扫描隧道显微镜、原子力显微镜等）以及光电子能谱、红外光谱等技术来进行分析和 表征，还可通过其它现代分析技术测试薄膜的各种相应特性等。 【实验目的】 1?掌握溅射的基本概念，学习直流辉光放电的产生过程和原理； 2?掌握几种主要溅射镀膜法基本原理及其特点，掌握真空镀膜原理； 3.掌握真空镀膜和溅射镀膜的基本方法； 4?熟悉金属和玻璃片的一般清洗技术，学习薄膜厚度的测量方法； 5.了解真空度、基片温度、基片清洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等 因素，在薄膜生长过程中对形成薄膜性质的影响。 【实验原理】 一真空蒸发镀膜原理 任何物质在一定温度下，总有一些分子从凝聚态（固态，液态）变成为气态离开物质表 面，但固体在常温常压下，这种蒸发量是极微小的。如果将固体材料置于真空中加热至此材料蒸发温度时，在气化热作用下材料的分子或原子具有足够的热震动能量去克服固体表面原子间的吸引力，并以一定速度逸出变成气态分子或原子向四周迅速蒸发散射。当真空度高，分子平均自由程—远大于蒸发器到被镀物的距离d时（一般要求2~ 3 d ）,材料的蒸气分子在散射途中才能无阻当地直线达到被镀物和真空室表面。在化学吸附（化学键力引起 的吸附）和物理吸附（靠分子间范德瓦尔斯力产生的吸附）作用下，蒸气分子就吸附在基片
真空蒸镀金属薄膜工艺 一、概述 真空蒸镀金属薄膜是在真空条件下，将金属蒸镀在薄膜基材的表面而形成复合薄膜的一种新工艺。被镀金属材料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等，其中用的最多的是铝。在塑料薄膜或纸张表面（单面或双面）镀上一层极薄的金属铝即成为镀铝薄膜，它广泛地用来代替铝箔复合材料如铝箔/塑料、铝箔/纸等使用。镀铝薄膜与铝箔复合材料相比具有以下特点： （1）大大减少了用铝量，节省了能源和材料，降低了成本，复合用铝箔厚度多为7～8pm，而镀铝薄膜的铝层厚度约为0.05nm左右，其耗铝量约为铝箔的1/140～1/180，且生产速度可高达450m/min。 （2）具有优良的耐折性和良好的韧性，很少出现针孔和裂口，无揉曲龟裂现象，因此对气体、水蒸汽、气味、光线等的阻隔性提高。 （3）具有极佳的金属光泽，光反射率可达97%；且可以通过涂料处理形成彩色膜，其装潢效果是铝箔所不及的。 （4）可采用屏蔽式进行部分镀铝，以获得任意图案或透明窗口，能看到内装物。 （5）镀铝层导电性能好，能消除静电效应；其封口性能好，尤其包装粉末状产品时，不会污染封口部分，保证了包装的密封性能。 （6）对印刷、复合等后加工具有良好的适应性。 由于以上特点，使镀铝薄膜成为一种性能优良、经济美观的新型
复合薄膜，在许多方面已取代了铝箔复合材料。主要用于风味食品、农产品的真空包装，以及药品、化妆品、香烟的包装。另外，镀铝薄膜也大量用作印刷中的烫金材料和商标标签材料等。 二、镀膜基材 镀铝薄膜的基材主要是塑料薄膜和纸张。 真空蒸镀工艺对被镀基材有以下几点要求： （1）耐热性好，基材必须能耐受蒸发源的辐射热和蒸发物的冷凝潜热。 （2）从薄膜基材上产生的挥发性物质要少；对吸湿性大的基材，在镀膜前理。 （3）基材应具有一定的强度和表面平滑度。 （4）对蒸镀层的粘接性良好；对于PP、PE等非极性材料，蒸镀前应进行表面处理、以提高与镀层的粘接性。 常用的薄膜基材有：BOPET、BONY、BOPP、PE、PVC等塑料薄膜和纸张类。塑料薄膜基材中BOPET、BONY、BOPP三种基材形成的镀铝薄膜，具有极好的光泽和粘结力，是性能优良的镀铝薄膜，大量用作包装材料和印刷中的烫金材料。镀铝PE薄膜的光泽度较差，但成本较低，使用也较广。以纸基材形成的镀铝纸，其成本比镀铝塑料薄膜低；比铝箔/纸的复合材料更薄而价廉；其加工性能好，印刷中不易产生卷曲，不留下折痕等。因此大量取代铝箔/纸复合材料，用作香烟、食品等内包装材料以及包装商标材料等。 1.真空蒸镀原理。
离子镀铝技术介绍-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
离子镀铝技术 离子镀铝是通过物理气相沉积方法的方法在产品表面镀覆一层厚度均匀、结合力好的纯铝涂层。离子镀铝是一门新技术，它具有工艺温度低、镀层组织致密附着性、绕镀性良好、无公害等优点。目前主要有磁控溅射、多弧和电阻加热蒸发这三类设备。美国等国开展了离子镀铝研究工作较早，已取得较好成果，并应用于生产上。我国在80年代前后开展了离子镀的研究工作，并相继开始了离子镀铝的研究，但由于缺少环保意识，未获得大规模推广。 1、离子镀铝工艺流程 （1）入炉前的工件清洗：金属清洗剂浸泡—金属清洗剂超声波清洗—去离子水冲洗—脱水—烘干。通过清洗，使工件表面达到去油、去污、脱水的状态； （2）装炉后的离子溅射清洗：工件装卡入炉，抽真空、待真空度抽到8x 10-3Pa时，加热烘烤工件，同时通入氩气到2.6～6.67Pa之后，施加800～1000V的负偏压，对工件进行离子清洗，离子轰击15～20min，以保证铝涂层与工件有良好的结合力； （3）离子沉积镀铝：起铝靶、调正氩分压、调整所需的靶功率。等铝靶工作正常后，打开挡板，镀制铝涂层； （4）镀覆后处理：镀制结束，工件随炉冷却到150℃后，出炉，进行化学氧化处理（在7.5～15g/l阿洛丁1200S溶液中氧化30～60s）。
2、离子镀铝涂层的特点 离子镀铝是为了取代电镀镉涂层而发展起来的。由于电镀镉的一些问题，现在欧美国家已禁止使用电镀镉涂层，这些问题主要有：普通的电镀镉工艺不但造成环境污染，而且要引起高强钢和钛合金氢脆；电镀镉涂层的耐蚀性能低于离子镀铝层；电镀镉涂层的使用温度低于232℃，而离子镀铝层可用于500℃。 离子镀铝有下列优点： （1）离子镀铝层的组织结构可以通过工艺参数控制，从而得到晶粒细小、厚度均匀、结台力优异的涂层； （2）采用离子镀铝工艺不会造成环境污染，也不损害基体的机械性能，甚至能明显提高某些基体材料的疲劳性能； （3）离子镀铝涂层比电镀镉和锌涂层具有更好的保护性能和更高的使用温度； （4）铝涂层除了保护作用之外，还具有其它许多优异的性能，例如优异的导电性和漂亮的外观等。 3、离子镀铝涂层的效果 美国军标列出了三级二类铝涂层厚度和耐蚀性能的Mil-C-83488B标准：
实验3 真空蒸发镀膜实验 真空热蒸发镀膜就是在真空条件下加热需要蒸发的材料，当所加温度达到材料的熔点时，大量的原子或分子就会逸出，淀积到基底上而形成薄膜的过程。 【实验目的】 1．了解真空蒸发镀膜的原理。 2．掌握多功能真空蒸镀机、复合真空计等机械设备的使用方法。 【实验仪器】 复合真空计、真空室、机械泵、分子泵、冷水循环散热系统、载玻片、钨舟、剪刀 【实验原理】 真空蒸发镀膜的原理：将膜材置于真空镀膜室内，通过蒸发源使其加热蒸发。当蒸发分子的平均自由程大于蒸发源与基片间的线尺寸后，蒸发的粒子从蒸发源表面上溢出，在飞向基片表面过程中很少受到其他粒子的碰撞阻碍，可直接到达基片表面上凝结而生成薄膜。 机械泵是利用转子不断地改变泵内空腔的容积，使抽容器内的气体随空腔体积改变，最后又被隔离而排出从而获得真空。 分子泵工作原理是：分布密集的扇叶高速旋转，通过高速旋转的叶片，不断地对气体分子施以定向的动量和压缩作用，把空气排出腔室，由下级机械泵辅抽，完成高真空抽取。 真空机配有ZJ-52/T电阻规与ZJ-27电离规，其工作原理为： （1）电阻计的工作原理 电阻规在真空系统低压强时，利用气体分子的热传导，在高压时利用气体分子的对流传热特性，使电阻规的电阻随所测系统的压强变化而变化。电阻规的电阻与压强是一种非线性关系，故压强变化所引起的电阻规电阻值的变化，从测量桥路输出电压信号，由放大器放大，经A/D转换送入CPU进行非线处理性运算，最后显示。 （2）电离计工作原理 当电离规管灯丝加热发射电子，电子在比阴极电位更高的加速极作用下，与气体分子碰撞而使气体电离，电离后的正离子被阴极电位更负的收集极吸收，经电流放大后，通过CPU 电路修正处理，送显示器显示。 【实验内容及要求】 1. 首先将已经切割好的普通玻璃基底用碱溶液、酸溶液擦洗，然后置于含少许酒精的密闭器皿中。取一定量的蒸发材料放在钨舟上。 2. 真空热蒸发的操作步骤 （1）打开循环水开关。 （2）开总电源。 （3）缓慢打开空气阀门(要慢，避免气流速度过快损坏仪器），直到真空腔内外压强一致。
真空镀膜实验 一、 实验目的 真空镀膜技术广泛地应用在现代工业和科学技术中，光学仪器的反射镜，增透镜，激光器谐振腔的高反射膜，计算机上存储和记忆用的磁性薄膜，以及材料表面的超硬薄膜。此外在电子学、半导体等其它各尖端学科也都采用了真空技术。 本实验的目的是学习真空蒸发镀膜技术。通过本门实验，要求学生掌握如下几点：①较系统了解真空镀膜仪器的结构；②了解真空系统各组件的功能；③了解石英晶体振荡器测厚原理；④掌握真空蒸镀的基本原理；⑤了解真空镀膜仪器的基本操作。 二、预习要求 要求学生在实验之前对真空系统有一定了解，可以通过以下几本相关书籍获得相关信息。《薄膜材料制备原理、技术及应用》—— 唐伟忠著，冶金工艺出版社出版社；《薄膜物理与技术》—— 杨邦朝，王文生编著，电子科学出版社；《薄膜技术》—— 王力衡，清华大学出版社；《薄膜技术》—— 顾培夫，浙江大学出版社；《真空技术物理基础》—— 张树林，东北工学院出版社；《真空技术》—— 戴荣道，电子工业出版社。 三、实验所需仪器设备 实验过程需要的主要设备为DMDE 450型光学多层镀膜机。 真空镀膜机：本实验使用DMDE-450光学多层镀膜机，其装置结构如图3所示。它主要由真空系统、蒸发设备及膜厚监控系统组成。真空系统由各种真空器件组成，主要包括：真空室；真空泵（机械泵、和分子泵）；真空导管；各种真空阀门和测量真空度的真空计等。高真空阀门为碟式，机械泵与分子泵的连通阀门为三同式，将阀门拉出时，机械泵可以直接对镀膜室抽气，推入时机械泵与分子泵连通，同时也切断了机械泵与镀膜室的连接。 蒸发系统由真空钟罩，蒸发电极（共有二对）， 活动挡板，蒸发源，底盘等组成。蒸发源安装在电 图3镀膜机装置图 1电离管 2高真空碟阀 3分子泵 4机械泵 5低真空磁力阀 6储气桶 7低真空三同阀 8磁力充气阀 9热偶规 10钟罩 11针型阀
真空镀膜技术 磁控溅射膜即物理气相沉积(PVD) 金属镀膜不一定用磁控溅射，可以根据成本&工艺需求选择合理的沉积方法，具体有： 物理气相沉积(PVD)技术 第一节概述 物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。，并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，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。 溅射镀膜基本原理是充氩(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。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下，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。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤： (1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。
Ａ、真空电镀原理: 一般而言,镀膜在真空镀膜机内以真空度1~5 x 10 —4Toｒｒ程度进行(1Toｒr=１公厘水银柱高得压力,大气压为760Torr)。其镀膜膜厚约为0.1 ~０、２微米、颜如果镀膜在特定厚度以下时(即太薄),面油对底油将会产生侵蚀、引起化学变化(如表面雾化等)。如镀膜过厚时,会产生白化得状态。颜填料,助剂,树脂,乳液,分散Dr＜!——[if ！supportＦoot<！--［en ｄｉｆ]——>l〈！--[if ！suｐｐortFｏoｔnｏtes]－－＞［1]<！--[endif]—－〉v#W？n8D＜!-—[if !sｕpportＦoｏtnｏtes]——〉[1］