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真空镀膜 预习报告陈嘉琦 11990302【摘要】真空镀膜最为基础的两种方法就是蒸发法和溅射法。
本实验采用的是蒸发法镀膜。
理想的镀膜结果应在真空环境下进行，所以先对真空室进行抽真空，再进行镀膜。
一、引言真空镀膜也叫物理气相沉积（PVD ：physics vaporous deposit ），它是利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质从源物质到薄膜的可控的原子转移过程。
物理气相沉积技术中最为基础的两种方法就是蒸发法和溅射法。
不仅两种物理气相沉积方法已经大量应用于各个技术领域之中，而且为了充分利用这两种方法各自的优点，还开发出了许多介于上述两种方法之间的新的薄膜沉积技术。
二、实验目的1、复习巩固真空的获取实验2、完成镀膜过程三、实验原理真空镀膜是在真空室中进行的（一般气压低于Pa 2103.1-⨯），当需要蒸发的材料（金属或电介质）加热到一定温度时，材料中分子或原子的热振动能量可增大到足以克服表面的束缚能，于是大量分子或原子从液态或直接从固态（如2SiO 、ZnS ）汽化。
当蒸汽粒子遇到温度较低的工件表面时，就会在被镀工件表面沉积一层薄膜。
现在对源加热方式、真空度对膜层质量的影响及蒸发源位置对薄膜均匀性的影响等问题作简要说明。
（1）源加热器如图(a)(b)为电阻型源加热器，它们由高熔点的金属做成线圈状（称为丝源）或舟状（称为舟源）。
加热源上可承载被蒸发材料。
由于挂在丝源上的被蒸发物质（如铝丝）可形成向各个方面发射的蒸汽流，因此丝源可用为点源，而舟源则可近似围内发射的面源。
对于不同的被蒸材料，可选取由不同材料做成，形状各异的加热器。
电阻源加热器具有简便、设备成本低等优点，但由于加热器与蒸发物在电阻加热器上的装载量不能太多，因此所蒸膜厚也将受到限制。
图1(c)是一种电子束蒸发源的示意图。
它是利用高电压加速并聚焦的电子束经磁偏转，在真空中直接打到蒸发源表面，使蒸发物表面的局部温度升高并溶化来实现真空沉积的。
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⼦，在被镀基体上加负偏压。
1第二章 物理气相沉积一、物理气相淀积（Physical Vapor Deposition, PVD ）的第一类1、电阻热蒸发（thermal vaporization ）蒸发材料在真空室中被加热时，其原子或分子就会从表面逸出，这种现象叫热蒸发。
A 、饱和蒸气压P V在一定温度下，真空室中蒸发材料的蒸汽在与固体或液体平衡过程中所表现出的压力称为该温度下的饱和蒸汽压。
()L G V V V T HdT dP -∆=∆H ：mol 汽化热，T ：绝对温度。
V G 、V L ：分别为汽相和液相mol 体积。
RTH C P V ∆-=ln R ：气体普适常数TBA P V -=ln 下图给出了以lgP V 和lgT 为坐标而绘制的各种元素的饱和蒸汽压曲线。
图2-1 某些元素的平衡蒸气压2饱和蒸汽压随着温度升高而迅速增加。
由上图1曲线知，a. 达到正常薄膜蒸发速率所需的温度，即P V =1Pa 时温度；b. 蒸发速率随温度变化的敏感性；c. 蒸发形式：蒸发温度高于熔点，蒸发状态是熔化的，否则是升华。
下表是几种介质材料的蒸汽压与温度的关系B 、蒸发粒子的速度和能量CT KT E M RTm KT v kTm v E m m 2500~1000 23332122====== 平均速度105cm/s ，eV E 2.0~1.0=C 、蒸发速率和淀积速率()[]mkT P P dtA dN h V e πα2/Re -=⋅= （个/米2·秒）dN ：蒸发粒子数，α e ：蒸发系数，A ：面积P V ：饱和蒸汽压；P h ：液体静压，m ：原子量， K ：玻耳兹曼常数。
设α e =1， P h =0mkT Pv π2/Re =质量蒸发速率：3RT MP kTmP m R VVm ππ22Re ===（千克/米2·秒） 沉积速率：mkT rA P R V d /2cos 2ππρθ⋅=（米/秒）U 型旋螺形篮形舟加盖舟圆筒形Jacques形坩埚+辐射丝“榴弹炮”2、电子束加热法电子的动能：45()skm v kv u s cm u v U e m v E /106 ,10/1093.521472⨯==⨯=⋅==电子束的能量：W=n ⋅e ⋅U=IU 热量：Q=0.24WtA 、直式电子枪图2-2 直枪（皮尔斯枪）结构示意图B 、电磁偏转式电子枪： 环枪（电偏转）e 形枪（磁偏转）图2-3 环枪剖面图图2-4 e枪结构示意图3、激光蒸发激光作为蒸发材料的一种热源。
