物理气相沉积技术

实用标准文案

精彩文档 论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点

物理气相沉积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。

化学气相沉积

气相沉积技术是一种发展迅速、应用广泛的表面成膜技术，它不仅可以用来制备各种特殊力学性能（如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等）的薄膜涂层，而且还可以用来制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层等。

气相沉积技术可以分为物理气相沉积（Physical Vapor Deposition,简称PVD）和化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,简称CVD）。其中化学气相沉积应用最为广泛，技术发展及研究最为成熟。

化学气相沉积的古老原始形态可以追朔到古人类在取暖或烧烤时熏在岩洞壁或岩石上的黑色碳层。作为现代CVD技术发展的开始阶段在20世纪50年代，主要着重于刀具涂层的应用。从20世纪60～70年代以来由于半导体和集成电路技术发展和生产的需要，CVD技术得到了更迅速和更广泛的发展。目前CVD技术在电子、机械等工业部门中发挥了巨大作用，特别对一些如氧化物、碳化物、金刚石和类金刚石等功能薄膜和超硬薄膜的沉积。

化学气相沉积是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。简单来说就是：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到基片表面上。CVD和PVD相比，沉积过程要发生化学反应，是一个气象化学生长的过程。

从气相中析出的固体的形态主要有下列几种：在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒，在气体中生成粒子。

一、CVD技术的基本要求：

为适应CVD技术的需要，选择原料、产物及反应类型等通常应满足以下几点基本要求：

(1)反应剂在室温或不太高的温度下最好是气态或有较高的蒸气压而且易于挥发成蒸汽的液态或固态物质，且有很高的纯度

(2)通过沉积反应易于生成所需要的材料沉积物，而其他副产物均易挥发而留在气相排出或易于分离

(3)反应易于控制

物理⽓相沉积

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

国外科技　铁道机车车辆工人　第１期２００７年１月　

文章编号：ｌ呻７—６０４２（２Ｏｏ７）０ｌ一００３１一Ｑ１　

物理气相沉积　

［美国］　

溅射是一个物理气相沉积（ＰＶＤ）的过程。在这一过程中，被高压电加　

速的气体离子轰击目标靶，将目标靶的物质转移到工件上。入射离子轰击　到目标靶上，目标靶上的原子吸收入射离子的能量被激发。这些被激发的　

粒子穿过真空室沉淀在工件上，见图１。　

在最简单的形式中，材料在低　

压下（０．１３到１３　Ｐａ，或１　ｘ　１０　到　

１００　ｘ　１０Ｉ３ｔｏｒｒ）和惰性气氛中被沉　

积。在大多数情况下，这种惰性气　

体是氩，因为氩比氖或氦的质量　

大，质量越大，动量越大，被激发出　

的粒子也越多。通过放电，氩被离　

子化，喷涂就开始了。低压放电被　

称为辉光放电，离子化的气体叫做　

等离子体。氩离子击中了以片或　

管的形式存在的固体目标靶，目　图１物理气相沉积工作原理示意　

标靶就成为涂层材料的来源（沉积是在工件的表面层，不受工件基体的影　

响）。目标靶是负电性的，会被辉光放电后加速的氩阳离子所吸引。离子对　

目标靶的吸引（也称为轰击）引起目标靶激发，即由于能量的交换，材料从目　

标靶的表面被击出。轰击离子的能量越高，材料被轰出的速度也越大。　

可以被沉积的材料包括纯金属、合金、无机化合物和一些聚合的材料。　

基体材料的主要的限制是过程中的温度在２６０℃到５４０℃（５００到１０００。Ｆ）。　

沉积经常用于化合物，尤其是难以用热蒸发技术覆盖的材料。　

磁性溅射　

在磁性溅射中，目标靶是管状的，待沉积的工件也是管状，紧靠着目标　

一３ｌ

一　维普资讯 国外科技　铁道机车车辆工人　第１期２００７年１月　

文章编号：１００７—６￣４２（２００＇７）０１—００３２—０１　

借用卡箍装夹工件　

［美国］　

有一加工任务是需要车削焊在长管一端的法兰外圆及两端面。为了能　

夹持住工件，制作了图１所示的夹具。在车床主轴卡盘上夹持专用的软爪，