真空技术--真空蒸发镀膜
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膜（如 TiN,TiC 等）。
e. 结构简单。
f. 低电压、大电流下工作，所以使用安全、易于自动控制。
(Z)HCD枪的结构：
HCD枪的典型结构如图10-7所示。 它是由带有水冷接头的钜管空心阴极，聚焦磁场线
圈，辅助阳极，偏转磁场线圈所组成。
图10-7 KLD-500型空心阴极电子枪的结构 1—水冷电极；2—密封法兰组；3一绝缘套；4—冷却水管；5一阳极口心一偏转线圈；
空蒸镜。
产方式
备注
1. 电阻加热
蒸发盘、灯丝、蒸发筐、几乎所有物质 中
2 000
几个
容易
良 中～优 （可）
可
可 镜料有时和热丝合金化
直接通电
而发生断丝现象
2. 外加热玵涡 陶瓷玵涡＋加热器
3. 辐射加热，弧 试样表面、热屏蔽玵涡
光加热）
(Ta、W)
4. 高频加热
陶瓷玵涡
同上 同上
金属
中
2 000
小
2 000
1 00
不可能 优 中～高 不可
8. 通电爆线
试样自身为线型
金属
小～中 约3 000
10s
不可能 良
优
不可
9. 电弧加热
绝缘容器
金属
中 约3 000
10
不可能 良
高
不可
10. 离子束加热 电弧放电室
金属
小
2 500 10-2-10-1 可能
优 高～优 可
11. 激光加热 试样表面
几乎所有金属 小
3 500
7
心阴极内引出的高密度等离子电子束在电场的作用下 射向膜材，膜材被加热到蒸发温度，开始蒸发而沉积到 基片上成膜。
这种蒸发源有如下特点： a. 空心阴极放电可形成密度很高的等离子体；且 通过阴极的气体可大部分被电离。 b. 阴极工作温度可达3200K, 蒸发原子通过等离 子区时，被等离子激发电离，其离化率可达20%。
金，以及SiO、SOi i、MgF、ZnS等。
1)电阻式加热蒸发源
电阻加热式蒸发源实际上就是一个电阻加热器，它是利用发热体通电后，产生焦耳热而获
得高温，以此来熔融膜材 使其达到蒸发的目的。由于这种源结构简单，操作方便，成本低廉，材
料易 于获得，因此，在锁膜技术中得到了广泛的应用。
(1)丝状源与舟状源
用难熔金属制成的丝状或舟状电阻源是目前应用最广泛的一处蒸发源。其金属丝、锥形
筐和线圈可以是单股线的或多股线的。图10-2为丝状源简图，图10-3为舟状源简图。
目前用于电阻加热式热源的材料有W、Ta、Mo、Nb等高融点金属，有时也用Fe、N、i N-iCr
合金等，其中最常用的是铝片和鸽丝。
(2)铝蒸发用玵涡加热器。在真空锁膜技术中，蒸发铝材占有重要的地位。在电子工业，
．
图10-6 中空热阴极等离子
电子束的发生原理 1一惰性气体（氪气）；2一等离子体； 3一空心阴极（钜管）；4一正离子；
5一来自阴极表面的电子； 6一等离子电子束；7一阴极膜材。
c. 阴极不易损坏，寿命较长。
d. 可在气体辉光放电区内工作；稳定工作压力为1Pa-10-2Pa。 如果将工件加数十伏、
数百伏负高压，使金属离子向工件轰击制膜，膜的附着强度好，如通入反应气体可制备化合物
Al2� 等提供了良好的热源。而且由于被蒸锁的材料是放在水冷玵涡内的，因而可以避免玵
涡材料蒸发及其与膜材之间的反应，这对提高膜的纯度是极为重要的。
＠热量可直接加到膜材表面上，热效率高，热传层和热辐射损失少。
电子束加热的缺点是电子枪结构较复杂，而且加速电压较高，高压 下所产生的X射线对 2
真空蒸发镀膜
(-3 000)
中
2 000
数十 数十
数十
5. 电子束加热 水冷铜玵涡＋电子枪 几乎所有物质 中
6. 电子轰击
水冷铜玵蜗＋试样棒
金属
中
，
3 500 2 500
数百 几个
容易 难
难 可能 可能
良 低～中 不可 良 中～高 （可）
良
中
不可
优 高～优 可
优
高
（可）
7. 闪蒸法
高温蒸发盘
几乎所有物质 小～中 约2 500
需要。电子束作为蒸锁膜材的热源就是在这种情况下发展起来的。
电子束加热原理是基于电子在电场作用下，获得动能打到膜材上，使膜材加热气化，实现
蒸发锁膜。
电子束加热源有如下优点。
O 能获得远比电阻热源更大的能量密度，数值可达到104W/cm2 - 109W /cm2 , 因此可以
将膜材表面加热 到3000t - 6000t。为蒸锁难溶金属和非金属材料如 W、 Mo、Ge、SiOi、
蒸发源、感应式加热蒸发源。
9-真空密封；10-挡板； 11一蒸气流。
在设计蒸发源时，需注意事项是： O 蒸发源要使膜材有较高的蒸发率，并能存贮足够的膜
材；＠蒸发率易控制；＠长时间工作 稳定性要好；＠蒸发源需有较长的寿命，可靠性要高；
＠运转费用低易于维护。从蒸锁材料方面来讲，蒸发源应能够蒸锁Al、 T、i Fe、Co、Cr及其合
3
真空蒸发镀膜
(DHCD枪的工作原理及特点：
HCD枪的原理如图10-6所示。 空心钜管作阴极，膜材作阳极，置于真空室中。 用泵将真
空室抽到高真空后，在钜管中通入少量的氢气，使真空室 内保持1Pa-10-P 2 a 的真空度。 这
时在阴阳极之间加上引弧电源，点燃氪气。 当电压达
到点燃电压UB时，则氪气被电离。 这样就在中空阴
极内产生低压等离子体，直流放电电压约为lOOV-
150V, 电流只有几个安培。 一旦氢气被电离，等离子体 中的正离子就会不断地轰击阴极钜管。 当钜管上有一 8
段受热达到工作温度2300K-2400K时，即可出现热
电子发射，使放电转变到稳定状态，电压下降到30V-
50V, 同时使等离子电子束流增大到一定值。 这时由空
＠蒸发源一次装料，无需送丝机构，温度控制比较
容易，操作比较简单。 ＠对 膜 材 纯 度 要 求低。 一 般真 空感 应 加 热 用
99.9%纯度的铝，而电阻加热要求铝的纯度为 99.99%。
所以生产成本亦可降低。 ( 2)感应加热式蒸发源的结构
2
567
日本真空株式会社(ULVAC)生产的EW系列卷绕 式高真空锁 膜 机中 用的 感 应 加 热 式 蒸 发 源 结 构，如图 10-8所示。电源为高频 发电机组，电压450V, 频率为 9727Hz。该系列玵涡共有四个品 种，其标准尺寸见表
枪。 图10-4给出了国产两种型式的e型枪。e型枪的工作原理如图10-4所示。 阴极灯丝加 热后发射出具有 0.3eV 初始动能的热电子，这些热电子在灯丝阴极与阳极之间受极间电场制 约，不但可以按一定的会聚角会聚成束状，而且还会受磁场的作用，沿EXB的方向偏转。 到 达阳极孔时，电子能量可提高到 lOkeV, 通过阳极孔之后，电子束在偏转磁场的作用下偏转 270° , 入射到玵涡内的膜材表面上轰击膜材使之加热蒸发。
辐射辅助 加热器
＼ ＼ 向下蒸发
(e)
(d) (f)
图10-3 舟状源
(a)槽状； (b)平面； (C)棒状； (d)辐射辅助加热； (e)带盖； (f)筒状。
动补充蒸发材料。根据这些要求，目前所采用的加热方式有 电阻加热、高频加热和电子束加
热。在大多数 铝设备中，采用最多的还是直接通电的电阻加热蒸发源。蒸发源所用的玵涡 材料一般为难熔镜 金属（如W、Mo、Ta)和石墨。前者多用于间歇式蒸发设备中，后者多用于连
除上述各种蒸锁方法外，其它蒸锁方法及其实用性见表10-2。 3. 蒸发镜膜相关数据
O电阻加热、高频加热、电子束加热方式各有特点，其性能比较见表10-3。
5
表10-2 蒸镜方法
6
最高使用 沉积速
超高真
工业生
加 热法
蒸发源
蒸发物质 膜面积(!) 温度爪
率/nm·s-1 速度控制 附着性
膜纯度
外延生长©
10-1 。
图10-8 感应加热源的结构 l一感应线圈；2一内玵涡；3一热绝缘层；
4一底座；5—调整垫；6一外玵坰； 7—热绝缘筒。
表10-1 玵涡标准尺寸
（单位： mm)
型号
石墨玵坰
氧化铝玵蜗（富铝红柱石）
A
B
C
D
E
F
G
H
80
100
80
90
80
136
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
105
15
90
no
90
95
85
146
130
人有害。此外，由于电子轰击，对多数化合物易产生分解作用，因此不宜蒸镜化合物薄膜。 (1)磁偏转式电子束加热蒸发源 电子束作为熔化膜材的热源，其种类较多，诸如熔滴式、直枪式、环式等。由于这些热源在
用于真空蒸锁设备上均存在许多缺点，因此已被磁偏转式电子束热源所代替。 磁偏转式电子束蒸发源所发射的电子轨迹与"e"相似，故有 e 型电子束源之称，简称 e 型
光学零件特别是轻工业中蒸锁铝膜是非常普遍的。
0 石墨玵涡加热器。一般认为，连续式蒸发设备所使用的蒸发源应具备的性能是：蒸发
效率应足够高；使用寿命应足够长；玵涡与蒸发材料不发生反应；能长时间稳定地蒸发并能自
1
真空蒸发镀膜 亡cf01一
(a)
(b)
(c)
图10-2 丝状源
(a)正弦波形； (b)螺旋形； (C)筐式形。
二次电
收集极；
1一离子收集极；2—励磁线；3一极靴；4一阳极；5一发射体；6一水冷玵堈；7一散射电子收集极。
6
图10-5 e型枪的工作原理 l一发射体；2一阳极；千－电磁线圈；4一水冷玵涡；5一收集极；6—吸收极；7一电子轨迹；8一正离子轨迹；
e. 结构简单。
f. 低电压、大电流下工作，所以使用安全、易于自动控制。
(Z)HCD枪的结构：
HCD枪的典型结构如图10-7所示。 它是由带有水冷接头的钜管空心阴极，聚焦磁场线
圈，辅助阳极，偏转磁场线圈所组成。
图10-7 KLD-500型空心阴极电子枪的结构 1—水冷电极；2—密封法兰组；3一绝缘套；4—冷却水管；5一阳极口心一偏转线圈；
空蒸镜。
产方式
备注
1. 电阻加热
蒸发盘、灯丝、蒸发筐、几乎所有物质 中
2 000
几个
容易
良 中～优 （可）
可
可 镜料有时和热丝合金化
直接通电
而发生断丝现象
2. 外加热玵涡 陶瓷玵涡＋加热器
3. 辐射加热，弧 试样表面、热屏蔽玵涡
光加热）
(Ta、W)
4. 高频加热
陶瓷玵涡
同上 同上
金属
中
2 000
小
2 000
1 00
不可能 优 中～高 不可
8. 通电爆线
试样自身为线型
金属
小～中 约3 000
10s
不可能 良
优
不可
9. 电弧加热
绝缘容器
金属
中 约3 000
10
不可能 良
高
不可
10. 离子束加热 电弧放电室
金属
小
2 500 10-2-10-1 可能
优 高～优 可
11. 激光加热 试样表面
几乎所有金属 小
3 500
7
心阴极内引出的高密度等离子电子束在电场的作用下 射向膜材，膜材被加热到蒸发温度，开始蒸发而沉积到 基片上成膜。
这种蒸发源有如下特点： a. 空心阴极放电可形成密度很高的等离子体；且 通过阴极的气体可大部分被电离。 b. 阴极工作温度可达3200K, 蒸发原子通过等离 子区时，被等离子激发电离，其离化率可达20%。
金，以及SiO、SOi i、MgF、ZnS等。
1)电阻式加热蒸发源
电阻加热式蒸发源实际上就是一个电阻加热器，它是利用发热体通电后，产生焦耳热而获
得高温，以此来熔融膜材 使其达到蒸发的目的。由于这种源结构简单，操作方便，成本低廉，材
料易 于获得，因此，在锁膜技术中得到了广泛的应用。
(1)丝状源与舟状源
用难熔金属制成的丝状或舟状电阻源是目前应用最广泛的一处蒸发源。其金属丝、锥形
筐和线圈可以是单股线的或多股线的。图10-2为丝状源简图，图10-3为舟状源简图。
目前用于电阻加热式热源的材料有W、Ta、Mo、Nb等高融点金属，有时也用Fe、N、i N-iCr
合金等，其中最常用的是铝片和鸽丝。
(2)铝蒸发用玵涡加热器。在真空锁膜技术中，蒸发铝材占有重要的地位。在电子工业，
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图10-6 中空热阴极等离子
电子束的发生原理 1一惰性气体（氪气）；2一等离子体； 3一空心阴极（钜管）；4一正离子；
5一来自阴极表面的电子； 6一等离子电子束；7一阴极膜材。
c. 阴极不易损坏，寿命较长。
d. 可在气体辉光放电区内工作；稳定工作压力为1Pa-10-2Pa。 如果将工件加数十伏、
数百伏负高压，使金属离子向工件轰击制膜，膜的附着强度好，如通入反应气体可制备化合物
Al2� 等提供了良好的热源。而且由于被蒸锁的材料是放在水冷玵涡内的，因而可以避免玵
涡材料蒸发及其与膜材之间的反应，这对提高膜的纯度是极为重要的。
＠热量可直接加到膜材表面上，热效率高，热传层和热辐射损失少。
电子束加热的缺点是电子枪结构较复杂，而且加速电压较高，高压 下所产生的X射线对 2
真空蒸发镀膜
(-3 000)
中
2 000
数十 数十
数十
5. 电子束加热 水冷铜玵涡＋电子枪 几乎所有物质 中
6. 电子轰击
水冷铜玵蜗＋试样棒
金属
中
，
3 500 2 500
数百 几个
容易 难
难 可能 可能
良 低～中 不可 良 中～高 （可）
良
中
不可
优 高～优 可
优
高
（可）
7. 闪蒸法
高温蒸发盘
几乎所有物质 小～中 约2 500
需要。电子束作为蒸锁膜材的热源就是在这种情况下发展起来的。
电子束加热原理是基于电子在电场作用下，获得动能打到膜材上，使膜材加热气化，实现
蒸发锁膜。
电子束加热源有如下优点。
O 能获得远比电阻热源更大的能量密度，数值可达到104W/cm2 - 109W /cm2 , 因此可以
将膜材表面加热 到3000t - 6000t。为蒸锁难溶金属和非金属材料如 W、 Mo、Ge、SiOi、
蒸发源、感应式加热蒸发源。
9-真空密封；10-挡板； 11一蒸气流。
在设计蒸发源时，需注意事项是： O 蒸发源要使膜材有较高的蒸发率，并能存贮足够的膜
材；＠蒸发率易控制；＠长时间工作 稳定性要好；＠蒸发源需有较长的寿命，可靠性要高；
＠运转费用低易于维护。从蒸锁材料方面来讲，蒸发源应能够蒸锁Al、 T、i Fe、Co、Cr及其合
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真空蒸发镀膜
(DHCD枪的工作原理及特点：
HCD枪的原理如图10-6所示。 空心钜管作阴极，膜材作阳极，置于真空室中。 用泵将真
空室抽到高真空后，在钜管中通入少量的氢气，使真空室 内保持1Pa-10-P 2 a 的真空度。 这
时在阴阳极之间加上引弧电源，点燃氪气。 当电压达
到点燃电压UB时，则氪气被电离。 这样就在中空阴
极内产生低压等离子体，直流放电电压约为lOOV-
150V, 电流只有几个安培。 一旦氢气被电离，等离子体 中的正离子就会不断地轰击阴极钜管。 当钜管上有一 8
段受热达到工作温度2300K-2400K时，即可出现热
电子发射，使放电转变到稳定状态，电压下降到30V-
50V, 同时使等离子电子束流增大到一定值。 这时由空
＠蒸发源一次装料，无需送丝机构，温度控制比较
容易，操作比较简单。 ＠对 膜 材 纯 度 要 求低。 一 般真 空感 应 加 热 用
99.9%纯度的铝，而电阻加热要求铝的纯度为 99.99%。
所以生产成本亦可降低。 ( 2)感应加热式蒸发源的结构
2
567
日本真空株式会社(ULVAC)生产的EW系列卷绕 式高真空锁 膜 机中 用的 感 应 加 热 式 蒸 发 源 结 构，如图 10-8所示。电源为高频 发电机组，电压450V, 频率为 9727Hz。该系列玵涡共有四个品 种，其标准尺寸见表
枪。 图10-4给出了国产两种型式的e型枪。e型枪的工作原理如图10-4所示。 阴极灯丝加 热后发射出具有 0.3eV 初始动能的热电子，这些热电子在灯丝阴极与阳极之间受极间电场制 约，不但可以按一定的会聚角会聚成束状，而且还会受磁场的作用，沿EXB的方向偏转。 到 达阳极孔时，电子能量可提高到 lOkeV, 通过阳极孔之后，电子束在偏转磁场的作用下偏转 270° , 入射到玵涡内的膜材表面上轰击膜材使之加热蒸发。
辐射辅助 加热器
＼ ＼ 向下蒸发
(e)
(d) (f)
图10-3 舟状源
(a)槽状； (b)平面； (C)棒状； (d)辐射辅助加热； (e)带盖； (f)筒状。
动补充蒸发材料。根据这些要求，目前所采用的加热方式有 电阻加热、高频加热和电子束加
热。在大多数 铝设备中，采用最多的还是直接通电的电阻加热蒸发源。蒸发源所用的玵涡 材料一般为难熔镜 金属（如W、Mo、Ta)和石墨。前者多用于间歇式蒸发设备中，后者多用于连
除上述各种蒸锁方法外，其它蒸锁方法及其实用性见表10-2。 3. 蒸发镜膜相关数据
O电阻加热、高频加热、电子束加热方式各有特点，其性能比较见表10-3。
5
表10-2 蒸镜方法
6
最高使用 沉积速
超高真
工业生
加 热法
蒸发源
蒸发物质 膜面积(!) 温度爪
率/nm·s-1 速度控制 附着性
膜纯度
外延生长©
10-1 。
图10-8 感应加热源的结构 l一感应线圈；2一内玵涡；3一热绝缘层；
4一底座；5—调整垫；6一外玵坰； 7—热绝缘筒。
表10-1 玵涡标准尺寸
（单位： mm)
型号
石墨玵坰
氧化铝玵蜗（富铝红柱石）
A
B
C
D
E
F
G
H
80
100
80
90
80
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1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
105
15
90
no
90
95
85
146
130
人有害。此外，由于电子轰击，对多数化合物易产生分解作用，因此不宜蒸镜化合物薄膜。 (1)磁偏转式电子束加热蒸发源 电子束作为熔化膜材的热源，其种类较多，诸如熔滴式、直枪式、环式等。由于这些热源在
用于真空蒸锁设备上均存在许多缺点，因此已被磁偏转式电子束热源所代替。 磁偏转式电子束蒸发源所发射的电子轨迹与"e"相似，故有 e 型电子束源之称，简称 e 型
光学零件特别是轻工业中蒸锁铝膜是非常普遍的。
0 石墨玵涡加热器。一般认为，连续式蒸发设备所使用的蒸发源应具备的性能是：蒸发
效率应足够高；使用寿命应足够长；玵涡与蒸发材料不发生反应；能长时间稳定地蒸发并能自
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真空蒸发镀膜 亡cf01一
(a)
(b)
(c)
图10-2 丝状源
(a)正弦波形； (b)螺旋形； (C)筐式形。
二次电
收集极；
1一离子收集极；2—励磁线；3一极靴；4一阳极；5一发射体；6一水冷玵堈；7一散射电子收集极。
6
图10-5 e型枪的工作原理 l一发射体；2一阳极；千－电磁线圈；4一水冷玵涡；5一收集极；6—吸收极；7一电子轨迹；8一正离子轨迹；
