第6章 真空蒸镀

真空蒸镀和溅射制膜是现代材料制备领域中常用的薄膜沉积工艺。

它们通过将材料加热至高温并在真空环境下进行薄膜沉积，可以制备出具有特定性能和特征的薄膜材料。

本文将对真空蒸镀和溅射制膜的原理进行详细介绍。

1. 真空蒸镀的原理真空蒸镀是一种将固态材料加热至其蒸发温度并在真空环境中进行沉积的工艺。

其原理如下：1) 加热源：真空蒸镀加热源通常为电阻加热或电子束加热。

当材料加热至其蒸发温度时，固态材料会逐渐转变为气态，形成蒸气。

2) 蒸镀材料：蒸镀材料通常以固态块状形式置于加热源附近，通过加热源使其升温并蒸发。

蒸镀材料的选择对于薄膜的成分和性能具有重要影响。

3) 沉积物质传输：蒸气在真空腔体中扩散并沉积到基底表面上，形成所需的薄膜。

沉积过程受到气体分子的影响，需要在高真空环境下进行以确保薄膜的纯净性和均匀性。

4) 控制薄膜厚度：通过控制蒸镀时间和材料的蒸发速率，可以实现对薄膜厚度的精确控制。

旋转或倾斜基底也可影响薄膜的均匀性和结构。

2. 溅射制膜的原理溅射制膜是一种利用离子轰击固体材料表面，将其溅射成粒子并沉积在基底表面上的工艺。

其原理如下：1) 离子轰击：在真空环境中，通过加速器使惰性气体（如氩气）成为离子，并将其加速至高能量。

这些离子以高速撞击固体材料表面，将固体材料溅射成细小粒子。

2) 溅射材料：溅射材料通常为固态块状形式，其固体材料会被离子轰击成粒子，并在基底表面上形成薄膜。

3) 质量选择：通过选择离子轰击的惰性气体、溅射材料的种类和形状，可以实现对薄膜成分和结构的调控。

不同的溅射条件可以实现对薄膜的特定性能要求。

4) 控制薄膜厚度：通过控制溅射时间和离子轰击能量，可以实现对薄膜厚度的精确控制。

旋转或倾斜基底也可影响薄膜的均匀性和结构。

3. 比较与应用真空蒸镀和溅射制膜是两种常用的薄膜沉积工艺，在各自领域具有独特的优势和应用。

真空蒸镀工艺适用于加热蒸发易挥发材料的制备，例如金属薄膜和氧化物薄膜的制备。

溅射制膜工艺适用于制备高纯度金属薄膜、合金薄膜和复合薄膜等。

第1篇一、实验目的1. 了解真空蒸镀的原理和操作方法。

2. 掌握银膜在真空蒸镀条件下的制备过程。

3. 分析银膜的质量及其影响因素。

二、实验原理真空蒸镀是一种利用真空环境，将待蒸镀材料加热至汽化升华，然后在基板上沉积形成薄膜的工艺。

本实验采用真空蒸镀方法制备银膜，其主要原理如下：1. 将待蒸镀材料（银）放入真空室内，加热至汽化升华。

2. 在真空环境下，银蒸气分子到达基板表面并沉积，形成银膜。

3. 通过调节真空度、加热温度、蒸发速率等参数，控制银膜的厚度和均匀性。

三、实验材料与设备1. 实验材料：银靶、玻璃基板、真空蒸镀机、真空泵、加热器、温度控制器等。

2. 实验仪器：电子天平、金相显微镜、X射线衍射仪等。

四、实验步骤1. 将玻璃基板清洗干净，晾干后放入真空蒸镀机中。

2. 打开真空泵，将真空室内压力降至1.0×10^-3 Pa。

3. 启动加热器，将银靶加热至600℃。

4. 当银靶温度稳定后，开启蒸镀机，使银靶蒸气分子沉积在玻璃基板上。

5. 调节蒸镀时间，制备不同厚度的银膜。

6. 关闭加热器和真空泵，取出基板，清洗并晾干。

五、实验结果与分析1. 银膜厚度通过调节蒸镀时间，制备了不同厚度的银膜。

利用电子天平测量银膜的质量，计算厚度。

实验结果表明，银膜厚度与蒸镀时间呈正相关，即蒸镀时间越长，银膜厚度越大。

2. 银膜均匀性利用金相显微镜观察银膜的表面形貌。

实验结果表明，银膜表面平整，无明显缺陷，均匀性良好。

3. 银膜成分利用X射线衍射仪分析银膜的成分。

实验结果表明，银膜主要由纯银组成，无杂质。

4. 影响因素分析（1）真空度：真空度越高，银膜质量越好，因为高真空度有利于银蒸气分子在基板上的沉积，减少氧化等不良影响。

（2）加热温度：加热温度越高，银蒸气分子运动越剧烈，有利于银膜的形成。

但过高温度可能导致银膜熔化，影响质量。

（3）蒸发速率：蒸发速率越快，银膜越厚，但过快蒸发可能导致银膜不均匀。

六、实验结论1. 本实验成功制备了银膜，并通过调节蒸镀时间、真空度、加热温度等参数，控制了银膜的厚度和均匀性。

图1-1 真空蒸发镀膜原理示意图 真空蒸镀真空蒸镀法（简称真空蒸镀）是在真空室中，加热蒸发器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到基体表面，凝结形成固态薄膜的方法。

由于真空蒸镀法主要物理过程是通过加热蒸发材料而产生，所以又称热蒸发法。

采用这种方法制造薄膜，已有几十年的历史，用途十分广泛。

介绍蒸发原理、蒸发源的发射特性、膜厚测量与有关蒸发的工艺技术。

§1—1真空蒸发原理真空蒸镀的特点、原理与过程真空蒸镀设备比较简单、操作容易；制成的薄膜纯度高、质量好，厚度可较准确控制；成膜速率快、效率高，用掩模可以获得清晰图形；薄膜的生长机理比较单纯。

主要缺点是，不容易获得结晶结构的薄膜，所形成薄膜在基板上的附着力较小，工艺重复性不够好等。

图1-1为真空蒸镀原理示意图。

主要部分有：（1）真空室，为蒸发过程提供必要的真空环境；（2）蒸发源或蒸发加热器，放置蒸发材料并对其进行加热；（3）基板，用于接收蒸发物质并在其表面形成固态蒸发薄膜；（4）基板加热器及测温器等。

真空蒸镀包括以下三个基本过程：（1）加热蒸发过程。

包括由凝聚相转变为气相的相变过程。

每种蒸发物质在不同温度时有不相同的饱和蒸气压；蒸发化合物时，其组分之间发生反应，其中有些组分以气态或蒸气进入蒸发空间。

（2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输支，即这些粒子在环境气氛中的飞行过程。

（3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，即是蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。

上述过程都必须在空气非常稀薄的真空环境中进行。

否则，蒸发物原子或分子将与大量空气分子碰撞，使膜层受到严重污染，甚至形成氧化物；或者蒸发源被加热氧化烧毁；或者由于空气分子的碰撞阻挡，难以形成均匀连续的薄膜。

§1-2 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布在真空蒸镀过程中，能否在基板上获得均匀膜厚，是制膜的关键问题。

基板上不同蒸发位置的膜厚，取决于蒸发源的蒸发特性、基板与蒸发源的几何形状、相对位置以及蒸发物质的蒸发量。

真空蒸镀技术1. 简介真空蒸镀技术是一种重要的表面处理技术，主要用于金属、合金、陶瓷等材料的表面涂层，以更好地改善材料的性能。

该技术是将材料表面暴露在真空状态下，并使熔化的金属蒸气在材料表面沉积，形成一层致密的金属膜。

2. 工艺流程真空蒸镀技术主要包括三个主要步骤，即清洗处理、真空气化和涂层蒸镀。

2.1 清洗处理清洗是真空蒸镀技术的首要步骤。

其目的是去除材料表面的污垢、油脂和氧化物，并提高表面的粗糙度和增加涂层的附着力。

清洗处理一般有机械清洗、溶剂清洗、电解清洗等多种方法，不同的方法可以根据实际应用情况进行选择。

2.2 真空气化真空气化就是将材料带入真空室，通过机械或电子泵抽出室内气体，使气体压力小于10-3Pa，建立真空环境。

蒸镀室主要由真空室、蒸发室和泵吸系统组成，其内部摆放材料待处理。

为确保工艺成功，在气化过程需要严格控制一些参数：真空度、抽气速率等等。

2.3 涂层蒸镀涂层蒸镀是重要的制备步骤之一。

要获得良好的涂层质量，需要合适的蒸发材料和蒸发温度，(1)首先加热蒸发源，将蒸发材料熔化；(2)在真空气氛下，游离的蒸发材料自发地向上定向地扩散充满整个蒸发器室；(3)沉积在材料上，形成一层金属膜；(4)最后，将蒸发源加温停止，压降蒸发材料使形成良好的密封涂层。

3. 设备真空蒸镀设备性质复杂，系统安全高等标准，要确保技术成功。

常用的真空蒸镀设备包括离子镀膜机、溅射镀膜机等。

其中最广泛使用的是离子镀膜机，其具有高效的气体成分控制，因此可以精确控制膜厚度和成分，使制备的膜更具适应性。

4. 应用真空蒸镀技术在材料科学、光学制造、电子工业等领域具有广泛应用。

例：(1) 金属薄膜应用领域，可以修饰金属表面属性、美观、性能，提高金属表面硬度和耐腐蚀性；(2) 光学薄膜应用领域中，制备的金属膜能够使镜面反射率提高至90%以上；(3) 电子工业，制备的电触点和插座等膜能更好地增强导电性、抗氧化性和耐磨性等等。

5. 综述随着科学技术的不断发展，真空蒸镀技术将继续拓展应用领域，并在未来的材料科技和工业制造领域发挥重要作用。

真空蒸镀法随着现代科技的不断发展，人们对于材料表面的要求也越来越高。

在不同的领域中，如电子、机械、航空等，都需要使用高质量的表面材料来提高产品的性能和寿命。

而真空蒸镀法作为一种新兴的表面处理技术，正逐渐受到人们的关注和应用。

一、真空蒸镀法的原理真空蒸镀法是一种将金属或其他材料蒸发到基底表面上，形成一层薄膜的表面处理技术。

它的原理是利用真空环境下的高温、低压条件，将金属或其他材料加热至其蒸汽压力高于环境压力，使蒸汽分子沉积在基底表面上，形成一层薄膜。

真空蒸镀法的核心设备是真空镀膜机，它包括真空室、加热系统、蒸发源、基底夹持系统、气体控制系统等组成部分。

在真空室内，先将基底表面进行清洗和处理，然后将蒸发源中的金属或其他材料加热至其蒸汽压力高于环境压力，使蒸汽分子沉积在基底表面上，形成一层薄膜。

二、真空蒸镀法的应用真空蒸镀法在电子、机械、航空等领域中有着广泛的应用。

以下是几个典型的应用场景：1. 电子行业在电子行业中，真空蒸镀法被广泛应用于电子元器件的制造。

例如，将金属蒸发到半导体材料表面上，可以形成金属导线或金属电极，提高电子元器件的导电性和稳定性。

此外，还可以利用真空蒸镀法制备电子显示器的背光板、触摸屏等。

2. 机械行业在机械行业中，真空蒸镀法被应用于制造高硬度、高耐磨的刀具、轴承等零部件。

例如，将钛合金蒸镀在刀具表面上，可以提高其硬度和耐磨性，延长使用寿命。

3. 航空航天行业在航空航天行业中，真空蒸镀法被广泛应用于制造高温合金材料的表面涂层。

例如，将铬、铝等金属蒸镀在航空发动机叶片表面上，可以提高其耐高温性能，延长使用寿命。

三、真空蒸镀法的优势和不足真空蒸镀法与传统的表面处理技术相比，具有以下优势：1. 薄膜质量高：真空蒸镀法可以制备出质量高、厚度均匀的薄膜，具有良好的光学、电学性能。

2. 工艺灵活：真空蒸镀法可以制备出不同材料的薄膜，可以根据不同的应用需求进行调整。

3. 环保节能：真空蒸镀法不需要使用有害化学物质，对环境无污染；同时，其能耗较低，节能效果显著。

真空蒸镀的详细介绍真空蒸镀即真空蒸发镀膜。

这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，气体压强达到10-2Pa以下加热镀料，使其原子或分子从表面气化逸出形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜。

1.真空蒸镀原理（1）膜料在真空状态下的蒸发特性。

单位时间内膜料单位面积上蒸发出来的材料质量称为蒸发速率。

理想的最高速率Gm（单位为kg/（m²·s））∶Gm=4.38×10-3Ps（Ar/T）1/2，式中，T为蒸发表面的热力学温度，单位为K，Ps为温度T时的材料饱和蒸发压，单位为Pa，Ar为膜料的相对原子质量或相对分子质量。

蒸镀时一般要求膜料的蒸气压在10-2~10-1Pa。

材料的Cm通常处在10-4~10-1Pa，因此可以估算出已知蒸发材料的所需加热温度。

（2）蒸气粒子的空间分布。

蒸气粒子的空间分布显著地影响了蒸发粒子在基体上的沉积速率以及基体上的膜厚分布。

这与蒸发源的形状和尺寸有关。

最简单的理想蒸发源有点和小平面两种类型。

2.真空蒸镀方式（1）电阻加热蒸发。

它是用丝状或片状的高熔点金属做成适当形状的蒸发源，将膜料放在其中，接通电源，电阻加热膜料而使其蒸发。

对蒸发源材料的基本要求是高熔点，低蒸气压，在蒸发温度下不会与膜料发生化学反应或互溶，具有一定的机械强度。

另外，电阻加热方式还要求蒸发源材料与膜料容易润湿，以保证蒸发状态稳定。

常用的蒸发源材料有钨、钼、钽、石墨、氮化硼等。

（2）电子束蒸发。

电阻加热方式中的膜料与蒸发源材料直接接触，两者容易互混，这对于半导基体元件等镀膜来说是需要避免的。

电子束加热方式能解决这个问题。

它的蒸发源是e形电子枪。

膜料放入水冷铜坩埚中，电子束自源发出，用磁场线圈使电子束聚焦和偏转，电子轨迹磁偏转270°，对膜料进行轰击和加热。

（3）高频加热。

它是在高频感应线圈中放入氧化铝或石墨坩埚对膜材料进行高频感应加热。

感应线圈通常用水冷铜管制造。

此法主要用于铝的大量蒸发。