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《薄膜材料与技术》复习资料总结【讲义总结】1.真空区域的划分：①粗真空(1x105~1x102Pa)。
在粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子以热运动为主，分子间碰撞十分频繁；②低真空(1x102~1x10-1)。
低真空时气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子流状态过度，此时气体分子间碰撞次数与分子跟器壁间碰撞次数差不多；③高真空(1x10-1~1x10-6)。
当达到高真空时，气体分子的流动已经成为分子流状态，以气体分子与容器壁间的碰撞为主，且碰撞次数大大减小，蒸发材料的粒子沿直线飞行；④超高真空(＜1x10-6)。
达到超高真空时，气体分子数目更少，几乎不存在分子间碰撞，分子与器壁的碰撞机会更少。
2.获得真空的主要设备：旋片式机械真空泵，油扩散泵，复合分子泵，分子筛吸附泵，钛生化泵，溅射离子泵和低温泵等，其中前三种属于气体传输泵，后四种属于气体捕获泵，全为无油类真空泵。
3.输运式真空泵分为机械式气体输运泵和气流式气体输运泵。
4.极限压强：指使用标准容器做负载时，真空泵按规定的条件正常工作一段时间后，真空度不再变化而趋于稳定时的最低压强。
5.凡是利用机械运动来获得真空的泵称为机械泵，属于有油类真空泵。
6.旋片式真空泵泵体主要由锭子、转子、旋片、进气管和排气管等组成。
7.真空测量：指用特定的仪器和装置，对某一特定空间内的真空度进行测定。
这种仪器或装置称为真空计。
按测量原理分为绝对真空计和相对真空计。
8.物理气相沉积：是利用某种物理过程实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。
特点：①需要使用固态或熔融态的物质作为沉积过程的源物质；②源物质通过物理过程转变为气相，且在气相中与衬底表面不发生化学反应；③需要相对较低的气体压力环境，这样其他气体分子对于气相分子的散射作用较小，气相分子的运动路径近似直线；④气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。
在物理气相沉积技术中最基本的两种方法是蒸发法和溅射法。
9.蒸发沉积薄膜纯度取决于：①蒸发源物质的纯度；②加热装置、坩埚等可能造成的污染；③真空系统中的残留气体。
真空镀膜的三种形式真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀（也是金属反射膜的三种镀膜方式）。
1、蒸发镀膜(evaporation):通过在真空中加热蒸发某种物质使其产生金属蒸气沉积（凝聚）在固体表面成为薄膜，蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。
蒸发源1:电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状，通以电流加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质，电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。
蒸发源2:高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。
蒸发源3:电子束加热源：适用于蒸发温度较高（不低于2000℃）的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。
为了沉积高纯单晶膜层，可采用分子束外延方法，分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。
2、溅射镀膜(sputtering):用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。
通常将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上，可溅射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。
溅射化合物膜可用反应溅射法，即将反应气体(O、N等)加入Ar气中,反应气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉积在基片上，沉积绝缘膜可采用高频溅射法。
新型的溅镀设备几乎都使用强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化，造成靶与氩气离子间的撞击机率增加，提高溅镀速率。
一般金属镀膜大都采用直流(DC)溅镀，而不导电的陶瓷材料则使用射频（RF）交流溅镀。
3、离子镀(ion plating):蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子镀。
与溅镀类似，但是将基板与周围保持0.5~2KV的负电压，使基板的前端产生暗区(dark space)，在此状态下由蒸发源放出的金属蒸气在辉光放电的电浆(plasma)中形成离子，再被暗区加速后打到基板形成披覆。
离子镀原理一、引言离子镀是一种先进的表面处理技术，其基本原理是将气体引入真空镀膜室内，通过气体放电和离子化过程，将气体或固体颗粒离子化，然后将这些离子沉积在基材表面形成薄膜。
与传统的镀膜技术相比，离子镀具有许多独特的优点，如沉积速率高、附着力强、薄膜质量好等。
因此，离子镀在许多领域得到了广泛的应用，如光学、电子、机械、化学等领域。
二、离子镀原理概述离子镀的基本原理主要包括气体放电和离子化过程、基材偏压和离子能量、薄膜沉积过程等几个方面。
1.气体放电和离子化过程气体放电和离子化过程是离子镀的关键环节之一。
在真空镀膜室内，通过辉光放电或弧光放电等方式，使引入的气体或固体颗粒发生电离，形成大量的正离子和负离子。
这些离子在电场的作用下加速向基材表面运动，从而实现沉积。
气体的放电和离子化过程可以通过各种不同的电源和控制方式来实现。
2.基材偏压和离子能量基材偏压和离子能量是影响离子镀的重要因素。
基材偏压是指基材表面相对于镀膜室电极的电位差，它可以影响离子的运动轨迹和能量。
通过调整基材偏压，可以控制离子的沉积速度、薄膜的质量和附着力等。
离子的能量则决定了其与基材表面原子的相互作用程度，从而影响薄膜的结构和性能。
离子的能量可以通过控制放电电压和电流来调节。
3.薄膜沉积过程薄膜沉积过程是离子镀的主要环节之一。
在气体放电和离子化的过程中，正离子和负离子在电场的作用下加速向基材表面运动，并与基材表面碰撞，将能量传递给基材表面的原子或分子，使其脱离基材表面并被蒸发或溅射。
这些被蒸发或溅射的原子或分子在基材表面重新凝结形成薄膜。
在沉积过程中，可以通过控制沉积速率、温度、气体流量等参数来优化薄膜的结构和性能。
三、离子镀的特点离子镀作为一种先进的表面处理技术，具有许多独特的优点。
其主要特点包括：1.沉积速率高：由于气体放电和离子化的过程中可以形成大量的离子，因此离子镀的沉积速率较高，可以大大缩短加工时间和降低生产成本。
2.附着力强：由于离子镀过程中基材表面被高能离子反复轰击和刻蚀，使其表面粗糙度增加，形成“锚定”效应，使得薄膜与基材的附着力更强。
真空镀膜离子轰击原理
真空镀膜离子轰击原理主要涉及溅射镀膜过程。
在这个过程中，高速离子束流轰击靶材表面，使靶材表面的原子被溅射出来并进入气相。
这些溅射出来的原子随后沉积在基板上，形成薄膜。
这个原理的关键在于入射离子与靶材之间的相互作用，以及溅射产额（即每个入射离子能溅射出的原子个数）。
溅射产额越高，溅射速度越快。
常用的溅射靶材包括Cu、Au、Ag等，这
些材料的溅射产额较高。
此外，为了实现有效的溅射过程，设备内部需要处于高电压、高真空的工作环境。
由于靶材通常比较软或者具有高脆性，它们需要与背板（或背管）绑定在一起。
背板（或背管）的主要作用是固定溅射靶材，并具备良好的导电、导热性能。
在溅射镀膜过程中，入射离子可以通过直流辉光放电产生。
在一定的真空度（如10-1—10 Pa）下，在两极间加高压产生放电，正离子会轰击负电之靶材而溅射出靶材原子，并最终镀至被镀物上。
如需更多与真空镀膜有关的信息，建议阅读材料科学相关书籍或论文。
真空镀膜偏压的作用原理一、引言真空镀膜是一种常见的表面处理技术，它通过在材料表面形成一层薄膜来改变材料的性能。
在真空镀膜过程中，偏压是一个重要的参数，它对薄膜的成分、结构和性能有着重要影响。
本文将探讨真空镀膜偏压的作用原理。
二、真空镀膜的基本原理真空镀膜是将一种或多种材料以原子或分子的形式沉积在基底材料表面，形成一层薄膜。
在真空环境中，通过加热源使材料升华或电弧放电使材料离子化，然后沉积在基底材料上。
真空镀膜的基本原理包括蒸发、溅射、离子镀和化学气相沉积等。
三、真空镀膜偏压的作用真空镀膜过程中，偏压是一个重要的参数。
它通过调节电场的强度和方向，对镀膜过程中的离子进行控制，从而影响薄膜的成分、结构和性能。
1. 离子能量调控在真空镀膜过程中，离子在电场的作用下加速，撞击到基底材料表面，产生动能。
偏压可以调节离子的能量，从而控制离子在基底材料表面的沉积行为。
较高的偏压可以增加离子的能量，使其在基底材料表面形成致密的结构，提高薄膜的附着力和硬度。
而较低的偏压则可以使离子能量降低，有利于形成更为均匀的薄膜。
2. 离子轰击清洗真空镀膜过程中，基底材料表面往往存在氧化物、杂质等不良物质，会影响薄膜的质量。
偏压可以调节离子的轰击能量，使其撞击到基底材料表面，清除表面的不良物质，提高薄膜的纯度和质量。
3. 离子辅助沉积在真空镀膜过程中，离子沉积在基底材料表面，可以促进薄膜的生长。
通过调节偏压，可以控制离子在基底材料表面的沉积速度和密度，从而调节薄膜的厚度和致密性。
较高的偏压可以增加离子的沉积速度，加快薄膜的生长速率。
而较低的偏压则可以使离子沉积更为均匀，改善薄膜的致密性。
四、真空镀膜偏压的选择在真空镀膜过程中，偏压的选择应根据不同的材料和要求进行调整。
一般来说，较高的偏压可以得到致密、硬度高的薄膜，适用于要求较高的应用场景。
而较低的偏压则可以得到较为均匀的薄膜，适用于要求较高均匀性的应用场景。
偏压还受到其他因素的影响，如离子束的能量、斜角度、沉积速率等。
离子轰击在离子镀过程中的作用•一、离子轰击基片表面所产生的各种效果•1. 离子溅射对基片表面产生清洗作用•这一作用可清除基片表面上的污染层和氧化物。
如果轰击粒子能量高，化学活性大，则可与基片发生化学反应，其产物是易挥发或易溅射的，还可发生化学溅射从而会增加其溅射率。
•2. 产生缺陷作用•轰击粒子传递给晶格原子的能量决定于粒子的相对质量，若入射粒子传递给靶原子的能量超过离位阈（约25ev），则晶格原子就会产生离位并迁移到间隙位置中去，从而形成了空位和间隙原子等缺陷。
这些缺陷的凝聚会形成位错网络。
尽管有缺陷的凝聚，但在离子轰击的表面层区域仍然保留着级高残余浓度的点缺陷。
•3. 破坏表面结晶结构•如果离子轰击产生缺陷是充分稳定的，则表面的晶体结构会被破坏而变成非晶态结构。
同时，气体的掺入也会破坏表面结晶的结构。
•4. 改变表面形貌•无论对晶态基片还是非晶态基片，离子的轰击作用都会使表面形貌发生很大的变化，使表面粗糙度增加。
•5. 离子掺入•低能离子轰击会造成气体掺入表面和沉积膜之中。
不溶性气体的掺入能力决定于迁移率、捕集位置、温度以及沉积粒子的能量。
一般说来，非晶材料捕集气体的能力比晶体材料强。
当然，轰击加热作用也会引起捕集气体的释放。
•6. 温度升高•轰击粒子能量的大部分变成表面热。
•7. 表面成分变化•由于溅射作用去造成表面成分与整体材料成分的不同，表面区域的扩散会对成分产生明显的影响。
高缺陷浓度和高温会增强扩散。
点缺陷易于在表面富集，缺陷的流动会使溶质偏析并使较小的离子在表面富集。
二、离子轰击对膜基界面的影响•当膜材原子开始沉积时，离子轰击对基片和镀层交界面会产生如下几•点影响：•1. 物理混合•这一混合可使膜基界面形成“伪扩散层”。
这是由于离子镀膜的膜基界面存在基片元素和膜材元素的物理混合现象。
因为高能粒子注入，被溅射原子的被溅射以及表面原子的反冲注入都将引起近表面区的非扩散型的混合，这种混合效果将有利于形成“伪扩散层”界面。
真空离子镀原理
真空离子镀是一种利用离子轰击物体表面并在其上形成一层薄膜的技术。
其基本原理是利用离子的能量转移和相互作用来改变物体表面的性质。
在真空离子镀过程中，首先将待镀物置于真空室内，通过抽取真空将室内气体压力降至一定范围，以确保离子的运动自由度。
接下来，通过加热或电子束加热的方式将镀膜材料转换为气态或离子态。
镀膜材料可以是金属、合金或化合物等。
然后，在真空室中引入惰性气体（如氩气），通过高压电场或射频电场加速气体中的离子。
这些离子通过碰撞和散射与镀膜材料的原子或分子相互作用，从而将能量转移给镀膜材料表面的原子或分子。
这种能量转移会导致表面的原子或分子从基态跃迁至激发态或离解态。
当原子或分子处于激发态时，它们会自发地从能级较高的激发态返回到较低的基态，并释放出能量。
这些能量以各种形式散发出去，如光辐射、热辐射等。
同时，离子轰击还会引起原子或分子的离子化，从而改变其化学性质。
通过持续的离子轰击和原子或分子的能级跃迁，在待镀物表面逐渐形成一层致密、致密、均匀的薄膜。
薄膜的厚度可以通过调节离子能量、离子通量和镀膜时间来控制。
最终得到的镀膜具有良好的附着力、高硬度和优异的耐磨性能。
总而言之，真空离子镀利用离子的能量转移和相互作用来改变
物体表面的性质。
通过控制离子的能量和通量，可以获得具有良好性能的薄膜。
这种技术在电子、光学、材料等领域具有重要的应用价值。
离子镀膜原理
离子镀膜是一种常见的表面处理技术，它通过在材料表面沉积一层薄膜来改善
材料的性能。
离子镀膜原理主要包括离子源、靶材、基底材料和真空室四个主要部分。
首先，离子源产生高能离子束，这些离子在真空条件下被加速并聚集成束。
离
子源通常采用的是离子轰击法或者放电法，通过电场或者磁场将气体离子化并加速，形成高速离子束。
其次，靶材是离子镀膜的原料，它可以是金属、合金、氧化物等不同材料。
靶
材被置于离子源的正对位置，当高能离子束轰击靶材时，靶材表面的原子、离子被激发、碰撞并释放出来，形成蒸气或者离子流。
然后，基底材料是需要进行镀膜的材料，它被放置在离子源和靶材之间的位置。
当蒸气或者离子流到达基底材料表面时，它们会在表面重新结晶并沉积，形成一层薄膜。
这一过程通常需要在真空条件下进行，以确保薄膜的成分和结构的稳定性。
最后，真空室是离子镀膜过程中的重要环境条件，它提供了稳定的真空环境以
保证离子束和蒸气的传输和沉积。
真空室内通常包括真空泵、真空计、气体控制系统等设备，以确保离子镀膜过程的稳定性和可控性。
总的来说，离子镀膜原理是通过离子源产生高能离子束，靶材释放蒸气或者离
子流，基底材料沉积薄膜，并在真空条件下进行的一种表面处理技术。
离子镀膜可以改善材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能，广泛应用于电子、光学、机械等领域。
通过对离子镀膜原理的了解，我们可以更好地理解离子镀膜技术的工作原理和
应用范围，为相关领域的研究和应用提供有力支持。
同时，离子镀膜技术也在不断发展和完善中，相信在未来会有更广泛的应用前景和更深入的研究价值。
真空离子镀膜，也称为真空离子涂层或离子束镀膜，是一种高级表面处理技术，用于在固体材料表面沉积一层均匀、致密的薄膜。
该技术基于离子束在低压高真空环境中的物理沉积过程。
以下是真空离子镀膜的基本原理：
1. 创建离子束：
在真空离子镀膜系统中，首先需要创建一个高真空环境。
然后，将蒸发源（通常是固体或液体材料）置于真空室内，并通过电子枪或其他加热方法使其蒸发。
蒸发材料释放的蒸汽中的原子或分子在高温下获得足够的动能，部分原子或分子被蒸发源表面的电离场电离，形成带电的离子。
2. 加速离子：
带电的离子在电场的作用下被加速，形成高能离子束。
离子的能量通常在几十到几百电子伏特（eV）之间，足以使离子穿透蒸发材料并克服气体阻力。
3. 沉积薄膜：
高能离子束在经过蒸发材料时，会与材料表面相互作用，一部分离子会被反射，而另一部分离子会穿过蒸发材料并与基底材料表面碰撞。
这些离子与基底表面的原子发生碰撞，将能量传递给基底原子，导致原子迁移并重新排列，从而在基底表面形成一层新的薄膜。
4. 控制沉积过程：
整个过程可以通过控制蒸发源的材料、温度、蒸发速率、离子束的加速电压、束流密度和真空度等参数来实现，以获得具有特定成分、结构和性能的薄膜。
5. 后处理：
沉积完成后，薄膜可能需要经过后续的热处理或其他工艺步骤，以改善其结构和性能。
真空离子镀膜技术可以用于制备各种类型的薄膜，如金属薄膜、合金薄膜、氧化物薄膜等，广泛应用于半导体制造、光学元件、耐磨涂层、生物医学等领域。
镀膜机离子源工作原理
镀膜机离子源是一种常见的表面处理设备，它通过将金属或化合物材料蒸发成蒸汽，并在真空环境下离子化，然后沉积在基材表面，从而形成一层薄膜。
那么，镀膜机离子源是如何工作的呢？接下来，我们将详细介绍镀膜机离子源的工作原理。
首先，镀膜机离子源通过加热金属或化合物材料，使其升华成蒸汽。
这些蒸汽分子在真空环境中自由运动，并向基材表面扩散。
在这个过程中，蒸汽分子会与气体分子碰撞，与之相互作用，并最终沉积在基材表面上。
其次，镀膜机离子源通过引入离子化的气体，如氩气或氮气，将蒸汽分子离子化。
这些离子化的蒸汽分子具有更高的能量，能够更容易地穿透基材表面，并在表面形成更加致密、均匀的薄膜。
同时，离子化的蒸汽分子还能够提高薄膜的附着力和耐腐蚀性能。
最后，镀膜机离子源还可以通过调节离子轰击能量和角度，控制薄膜的成分和微观结构。
通过改变离子轰击能量和角度，可以调节薄膜的厚度、粗糙度、晶粒大小等性能。
这种精确的控制能够满足不同应用对薄膜性能的要求，如光学薄膜、导电薄膜、防腐蚀薄
膜等。
总的来说，镀膜机离子源通过加热材料、离子化蒸汽、控制离
子轰击能量和角度等步骤，实现对基材表面的薄膜沉积。
它具有高效、精确、可控的特点，广泛应用于光学、电子、航空航天等领域。
希望本文能够帮助您更好地了解镀膜机离子源的工作原理。
镀膜机离子源工作原理
镀膜机离子源是一种关键的设备，用于提供离子束，用于表面镀膜或材料改性等应用。
它的工作原理如下：
1. 电离：首先，通过对气体进行电离，将气体中的原子或分子转化为带正电荷的离子，这可以通过不同的方法实现，如电子轰击、射频辐射等。
2. 加速：接下来，这些正离子通过电场受到加速，使其获得较高的运动能量。
加速可以通过电场的建立和调节来实现，以确保离子的能量达到所需的水平。
3. 焦点化：离子束在加速过程中往往会发生扩散，为了使离子束能够集中在一个较小的区域内，需要使用适当的磁场来进行聚焦。
这可以通过设置磁铁或电磁线圈来实现。
4. 传输：离子束从离子源中传输到需要进行镀膜或改性的材料表面。
这可能需要使用真空系统来确保充分的传输效果，并避免离子与气体分子的碰撞和丢失。
5. 反应：离子束到达材料表面后，通过与表面的原子或分子发生靶击或吸附等反应，实现所需的镀膜或改性效果。
反应过程中，离子的能量和电荷状态可以引起物质的结构和性质发生变化。
通过上述步骤，镀膜机离子源能够提供高能离子束，用于实现各种表面处理和材料改性的应用。
