真空蒸发镀膜法
第四章 真空蒸发镀膜法
第五节 蒸发源的类型
真空蒸发所采用的设备根据其使用目的不同 可能有很大的差别， 可能有很大的差别，从最简单的电阻加热蒸 镀装置到极为复杂的分子束外延设备， 镀装置到极为复杂的分子束外延设备，都属 于真空蒸发沉积的范畴。 于真空蒸发沉积的范畴。 在蒸发沉积装置中， 在蒸发沉积装置中，最重要的组成部分就是 物质的蒸发源。 物质的蒸发源。
第一节 真空蒸发镀膜原理
定义：真空蒸发镀膜(蒸镀) 一．定义：真空蒸发镀膜(蒸镀)是 在真空条件下， 在真空条件下，加热蒸发物质使 气化并淀积在基片表面形成固 之气化并淀积在基片表面形成固 体薄膜，是一种物理现象。 体薄膜，是一种物理现象。 广泛地应用在机械、电真空、 广泛地应用在机械、电真空、无 线电、光学、原子能、 线电、光学、原子能、空间技术 等领域。 等领域。 加热方式可以多种多样。 加热方式可以多种多样。
24
P (P ) v a
MT 22 P (Torr) ≅ 3.51×10 v 分子/(厘 2 ⋅ 秒 米 ) MT
分 /(厘 2 ⋅ 秒 子 米 )
m M −4 Rm = mRe = P ≅ 4.37×10 P (Pa) 克/(厘米2 ⋅ 秒 ) V V 2π RT T M ≅ 5.84×10 P (Torr) 克/(厘 2 ⋅ 秒 米 ) V T
三个基本过程： 四. 三个基本过程：
（1）加热蒸发过程，包括由凝聚相转变为气相（固相或液相 ）加热蒸发过程，包括由凝聚相转变为气相（ →气相）的相变过程。每种蒸发物质在不同温度时有不同的 气相）的相变过程。 气相 饱和蒸气压，蒸发化合物时，其组合之间发生反应， 饱和蒸气压，蒸发化合物时，其组合之间发生反应，其中有 些组成以气态或蒸气进入蒸发空间。 些组成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运，即这些粒 ）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运， 子在环境气氛中的飞行过程 飞行过程。 子在环境气氛中的飞行过程。飞行过程中与真空室内残余气 体分子发生碰撞的次数， 体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均自由程以及 从蒸发源到基片之间的距离，常称源-基距 基距。 从蒸发源到基片之间的距离，常称源 基距。 淀积过程， （3）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，即蒸气凝聚、 ）蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程 即蒸气凝聚、 成核、核生长、形成连续薄膜。由于基板温度远低于蒸发源 成核、核生长、形成连续薄膜。 温度， 温度，因此沉积物分子在基板表面将发生直接从气相到固相 的相转变过程。 的相转变过程。
真空蒸发镀膜的原理
真空蒸发镀膜的原理
真空蒸镀膜是一种常用的表面处理技术，其原理是利用真空环境中的物理性质，在材料的表面形成一层均匀的金属或非金属薄膜。
其基本步骤如下：
1. 准备基底材料：首先选取需要镀膜的基底材料，常用的包括玻璃、金属、陶瓷等。
2. 清洗基底材料：对基底材料进行清洗，去除表面的油脂、氧化物等杂质，以确保镀膜的附着力和均匀性。
3. 装载基底材料：将经过清洗的基底材料放置在真空蒸镀设备的工作架上。
工作架通常可以旋转和倾斜，以便实现均匀的镀膜。
4. 抽真空：启动真空泵，将腔室内的气体抽至低真空状态，以去除氧气和其他气体分子，保持清洁的反应环境。
5. 加热基底材料：在真空腔室内加热基底材料，以提高蒸发源的温度，使金属材料在高温条件下迅速蒸发。
6. 蒸发源物质蒸发：将选定的镀膜材料放置在腔室的蒸发源中，随着蒸发源的加热，其表面开始蒸发，并沉积在基底材料的表面。
7. 形成薄膜：蒸发源中的金属材料蒸发后，通过碰撞和扩散等过程，沉积到基底材料表面形成一层均匀的薄膜。
8. 控制膜厚度：通过控制蒸发源的温度、蒸发时间和基底材料的位置等参数，来控制膜的厚度。
9. 冷却基底材料：在薄膜形成后，冷却基底材料以减少膜的应力和提高其附着力。
10. 放气还原：在薄膜形成后，放气还原真空腔室至大气压力，可以安全地取出镀膜好的基底材料。
通过以上步骤，真空蒸镀膜技术可以实现在不同基底材料上形成具有各种性质的薄膜，从而具有广泛的应用。
真空蒸发镀膜实验报告
真空蒸发镀膜实验报告真空蒸发镀膜实验报告引言：镀膜技术是一种常用的表面处理方法，它可以提高材料的光学、电学、磁学等性能。
在镀膜技术中，真空蒸发镀膜是一种常见的方法。
本实验旨在通过真空蒸发镀膜实验，探究其原理和应用。
一、实验原理真空蒸发镀膜是利用物质在真空环境下的蒸发和沉积过程，将所需材料以原子或分子形式沉积在基材表面，形成一层薄膜。
在真空环境下，物质的蒸发速度与环境压力成反比，因此通过调节真空度可以控制蒸发速度，从而控制薄膜的厚度。
二、实验步骤1. 准备实验装置：将真空蒸发镀膜装置连接至真空泵，确保系统处于良好的真空状态。
2. 准备基材：清洗基材表面，确保表面干净无尘。
3. 准备镀膜材料：选择合适的镀膜材料，将其切割成适当大小的块状。
4. 蒸发源安装：将镀膜材料放置在蒸发源中，将蒸发源安装至真空腔室内。
5. 开始蒸发：打开真空泵，开始抽真空，待真空度达到要求后，打开蒸发源，开始蒸发镀膜。
6. 控制薄膜厚度：根据需要的薄膜厚度，调节蒸发源的功率和蒸发时间。
7. 结束蒸发：薄膜蒸发完成后，关闭蒸发源和真空泵，将装置恢复到常压状态。
8. 检查膜层质量：使用显微镜或其他测试设备检查膜层的均匀性和质量。
三、实验结果通过本次实验，我们成功制备了一层金属薄膜。
经过显微镜观察，我们发现薄膜均匀且质量良好。
通过测量，我们得到了薄膜的厚度为300纳米。
四、实验讨论1. 蒸发源选择：在真空蒸发镀膜实验中，蒸发源的选择对薄膜的质量和性能起着重要作用。
不同的材料具有不同的蒸发特性，因此在实验前需要仔细选择合适的蒸发源。
2. 控制薄膜厚度：薄膜的厚度直接影响其光学和电学性能。
在实验中，我们通过调节蒸发源功率和蒸发时间来控制薄膜的厚度。
在实际应用中，可以通过监测蒸发速率和实时测量薄膜厚度来实现更精确的控制。
3. 薄膜质量检查：薄膜的均匀性和质量是评价镀膜效果的重要指标。
在实验中，我们使用显微镜观察薄膜表面，确保其均匀性。
在实际应用中，还可以使用光学测试仪器、电学测试仪器等进行更详细的检测。
真空蒸发镀膜蒸镀
3）膜质还与蒸发材料和残存气体的性质、膜结构、基片温度以及基片 自身的污染有关；
4）净化处理：对真空系统——烘烤；对基片——加热去污。
3. 蒸镀分馏问题
由于各组分的饱和蒸气压不同，因而蒸发速率不同，造成 沉积膜的成分与母体不同（分馏），薄膜本身成分也随厚 度而变化（分层）。
合金在蒸发时会发生分馏
设：物质含A，B成分，MA、MB，PA、PB， 则由（3）式，得 ：
N A C A PA M B N B CB PB M A
(14)
改进工ห้องสมุดไป่ตู้：
1）选择基片温度，使之有利于凝聚而不是分凝； 2）选用几个蒸发源，不同温度下分别淀积，但控制困难； 3）氧化物，可采用反应蒸镀法，引入活性气体。
（5）沉积温度较高，膜与基片的结合强 度不高。
图8.2.1 蒸镀装置示意图
1.衬底加热器；2.衬底；3. 原料；4.料舟
1. 物理基础
（1）物理阶段： ① (淀积材料的)升华：S→V； ② 输运：蒸发源→基片上； ③ 沉积： V→S ； ④ 重新排列：淀积粒子在基片上重新排列或键合
蒸发淀积——不平衡过程； 恒定条件——高质量膜。
m
t0 h2
（8） ，
(面源) (10)
(9) 代入(7)，可得 ：
t
m cos 4r 2
m
4h2
h2 r2
cos
t0
h3 r3
沉积膜相对厚度分布 ：
t [1 ( x / h)2 ]3/ 2 t0
t [1 ( x / h)2 ]2 t0
(点源) (11) (面源) (12)
蒸发法真空镀膜
蒸发法真空镀膜实验⽬的初步了解真空镀膜的原理和操作以及薄膜厚度的测量。
实验原理真空镀膜是将固体材料置于真空室内，在真空条件下，将固体材料加热蒸发，蒸发出来的原⼦或分⼦能⾃由地弥布到容器的器壁上。
当把⼀些加⼯好的基板材料放在其中时，蒸发出来的原⼦或分⼦就会吸附在基板上逐渐形成⼀层薄膜。
真空镀膜有两种⽅法,⼀是蒸发,⼀是溅射。
本次实验采⽤蒸发⽅法。
在真空中把制作薄膜的材料加热蒸发，使其淀积在适当的表⾯上。
●真空系统(DM—300镀膜机)●蒸发源蒸发源的形状如下图，⼤致有螺旋式(a)、篮式(b)、发叉式(c)和浅⾈式(d)等●蒸发源选取原则1 有良好的热稳定性，化学性质不活泼，达到蒸发温度时加热器本⾝的蒸汽压要⾜够底。
2 蒸发源的熔点要⾼于被蒸发物的蒸发温度。
加热器要有⾜够⼤的热容量。
3 蒸发物质和蒸发源材料的互熔性必须很底，不易形成合⾦。
4 要求线圈状蒸发源所⽤材料能与蒸发材料有良好的浸润，有较⼤的表⾯张⼒。
5 对于不易制成丝状、或蒸发材料与丝状蒸发源的表⾯张⼒较⼩时，可采⽤⾈状蒸发源。
●薄膜厚度分布设蒸发源为点蒸发源，单位时间内通过任何⽅向⼀⽴体⾓dω的质量为：蒸发物质到达任⼀⽅向⾯积元ds质量为：设蒸发物的密度为ρ，单位时间淀积在ds上的膜厚为t，则⽐较以上两式可得：对于平⾏平⾯ds，φ=θ，则上式为：由：可得在点源的正上⽅区域(δ=0)时：薄膜的厚度测量–⼲涉显微镜法⼲涉条纹间距Δ0 ，条纹移动Δ，台阶⾼为：测出Δ0 和Δ，即可测得膜厚t其中λ为单⾊光波长，如⽤⽩光，λ取实验步骤1.绕制钨篮，清洗钨篮和载玻⽚,铝丝，祛除表⾯氧化物。
2制作基⽚，.⽤⼀窄薄铝⽚遮盖在载玻⽚上，以便镀膜完成后在基⽚上形成台阶。
3. 将钨篮和钼⾈固定在钟罩内的电极上，并放⼊铝丝。
,4抽⾄真空度达10-6torr以上,开始蒸发镀膜。
5.镀膜完成后,处理真空机组的后续⼯作。
6.⽤称重法测薄膜的厚度。
7.⽤⼲涉法测薄膜的厚度。
真空蒸发(蒸发镀膜)PPT幻灯片课件
在100℃时，水的饱和蒸气压增大到101324.72Pa
8
第一节 真空蒸发原理
蒸发温度
规定物质在饱和蒸气压为10-2Torr时的温度 饱和蒸气压与温度的关系曲线对于薄膜制作技术有重要 意义，它可以帮助我们合理选择蒸发材料和确定蒸发条件。9
第一节 真空蒸发原理
3. 蒸发速率
根据气体分子运动论，在气体压力为P时，单位时间 内碰撞单位面积器壁上的分子数量，即碰撞分子流量（通
30
第二节 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
★ 点蒸发源
能够从各个方向 蒸发等量材料的微小 球状蒸发源称为点蒸 发源（点源）。
dm m d 4
m
4Байду номын сангаас
cos
r2
dS2
dm t dS2
dS1 dS2 cos
dS1 r 2 d
d
dS2 cos
r2
18
电子束加热原理
• 可聚焦的电子束，能局部加温元素源，因不加热其它部 分而避免污染 • 高能量电子束能使高熔点元素达到足够高温以产生适量 的蒸气压
电子的动能和电功率：
m 9.11028 g
1 m2 e U
2 e 1.61019C
5.93105 U (m/s)
Q 0.24Wt
19
电子束蒸发源的优点：
• 电子束的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能 量密度。
• 被蒸发材料置于水冷坩埚内，避免了容器材料的蒸发， 以及容器材料与蒸发材料的反应，提高了薄膜的纯度。
• 热量直接加到蒸镀材料表面，热效率高，热传导和热辐 射损失小。
电子束蒸发源的缺点：
真空蒸发镀膜的三个基本过程
真空蒸发镀膜的三个基本过程真空蒸发镀膜是一种常用的表面处理技术，广泛应用于光学、电子、材料等领域。
它通过在真空环境中加热源材料，使其蒸发并沉积在基材上，形成一层均匀、致密的薄膜。
这个过程包括三个基本步骤：蒸发源的加热、蒸发物的输运和沉积。
第一步是蒸发源的加热。
蒸发源通常是一种具有较高蒸发温度的物质，如金属或氧化物。
为了使蒸发源达到所需的温度，通常采用电阻加热或电子束加热等方式。
在加热的过程中，蒸发源的温度逐渐升高，蒸发物开始从蒸发源表面蒸发出来。
第二步是蒸发物的输运。
蒸发物从蒸发源表面蒸发出来后，必须经过一段距离才能到达基材表面。
为了使蒸发物能够输运到基材上，通常在真空腔室中设置一些控制装置，如抽气系统和导向装置。
抽气系统可以将真空腔室内的气体抽除，降低蒸发物与气体分子的碰撞，减少蒸发物的散射和损失。
导向装置可以引导蒸发物的运动方向，使其尽可能地沉积在基材上。
第三步是蒸发物的沉积。
蒸发物通过输运后，最终到达基材表面，并在其上沉积形成薄膜。
在沉积过程中，蒸发物与基材表面发生相互作用，形成化学键或物理键，从而使蒸发物附着在基材上。
为了控制薄膜的质量和厚度，通常需要调节蒸发源的温度、蒸发速率和基材的旋转速度等参数。
此外，还可以通过控制沉积时间和基材的位置，来实现对薄膜性能的调控。
真空蒸发镀膜是一种通过蒸发源的加热、蒸发物的输运和沉积来形成薄膜的表面处理技术。
它在光学、电子、材料等领域有着广泛的应用。
通过控制蒸发源的加热和温度，以及调节蒸发物的输运和沉积过程，可以得到具有不同性能和结构的薄膜，满足不同领域的需求。
真空蒸发镀膜资料
真空蒸发镀膜
真空蒸发镀膜法(简称真空 蒸镀)是在真空室中，加热蒸发 容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，入射到基片 表面，凝结形成固态薄膜的方 法。
λ ＞＞ 源基距
Example: 若要求f ≤0.1, 源基距为25cm 则P ≤3×10-3Pa
真空蒸发镀膜
蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 在真空蒸发镀膜过程中，能否在基板上获得均匀膜厚，是制膜的关键问题。
膜厚的影响因素 A、 蒸发源的特性； B、基板与蒸发源的几何形状，相对位置； C、蒸发物质的蒸发量。
1. 残留气体的污染。 2. 蒸发源物质的纯度； 3. 加热装置、坩埚的污染；
单位时间内通过单位面积的气体的分子数：
Ng
1 4
nVa
P
2mkT
25℃时，10-5 Torr时， Ng大约为1015~1016个/cm2·s， 此时蒸发原子与杂质原子几乎按1：1到达 基板
真空蒸发镀膜
残留气体的影响 大气的残余物（O2、N2、CO2、H2O），扩散泵油蒸气，真空室吸气 对真空蒸发镀膜质量有重要影响。 在设计优良的系统中，真空泵的回流扩散作用不明显。 当P≤10-4Pa时，主要为被解吸的真空室吸气。 水汽影响很大，易与金属膜反应，或与W，Mo等加热器材料反应，生 成氧化物和氢。
真空蒸发镀膜
蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 二、小平面蒸发源
特点：发射特性具有方向性 在θ角方向蒸发的材料质量与cosθ成正比
镀膜玻璃原理
镀膜玻璃原理1. 介绍镀膜玻璃是将一层薄膜沉积在玻璃表面，从而改变其性质和外观的一种加工工艺。
通过镀膜处理，可以使玻璃具有抗紫外线、防眩光、隔热保温、防静电等性能，同时还可以改变玻璃的颜色和透明度。
本文将详细介绍镀膜玻璃的原理及其应用。
2. 镀膜原理2.1 蒸发镀膜法蒸发镀膜法是一种常用的镀膜方法，其原理是通过高温将需要镀膜的材料蒸发成气态，然后使其沉积在玻璃表面。
具体步骤如下：1.准备镀膜物质：选择适当的材料，将其加热至蒸发温度。
2.真空腔室：将玻璃置于真空腔室中，排除空气，以避免气体干扰。
3.蒸发源加热：将镀膜物质的蒸发源加热至蒸发温度，使其蒸发成气态。
4.沉积：镀膜物质的气体在真空环境下沉积在玻璃表面，形成薄膜。
蒸发镀膜法可以实现不同材料的镀膜，如金属薄膜、氧化物薄膜等。
2.2 离子镀膜法离子镀膜法是利用离子束轰击的原理，通过离子交换使镀膜材料沉积在玻璃表面。
具体步骤如下：1.真空腔室：将玻璃置于真空腔室中，排除空气。
2.气体净化：将真空腔室充入稀薄的惰性气体，如氩气。
3.离子束轰击：通过加入高压电源，使氩离子形成离子束轰击玻璃表面，去除表面杂质。
4.沉积：在离子束轰击的同时，加入镀膜材料的蒸发源，使其与离子发生交换反应，最终沉积在玻璃表面。
离子镀膜法可以制备高质量、高附着力的镀膜，广泛应用于光学、电子等领域。
3. 镀膜玻璃的应用3.1 抗紫外线镀膜抗紫外线镀膜是将含有抗紫外线剂的材料镀在玻璃表面，起到过滤紫外线的作用。
这种镀膜广泛应用于太阳眼镜、汽车玻璃等产品中，能够有效保护人体皮肤和眼睛免受紫外线的伤害。
3.2 防眩光镀膜防眩光镀膜是通过沉积一层微薄的金属膜，在光照射下形成干涉层，从而减少反射和散射，降低眩光。
这种镀膜广泛应用于眼镜、显示屏等产品中，能够提供更清晰的视野和更好的视觉体验。
3.3 隔热保温镀膜隔热保温镀膜是在玻璃表面形成一层具有隔热保温性能的材料，能够阻挡热传导和辐射，减少能量的损失。
真空蒸发镀膜法
的电子和正离子轰击基片，对薄膜成分、结构和性能 产生影响
3. 高频感应蒸发源 将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸
发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞 损失（对铁磁体），致使蒸发材料升温，直至气化蒸发。
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特点： 优点 ❖ (1)蒸发速率大，可比电阻蒸发源大10倍左右； ❖ (2)蒸发源的温度均匀稳定，不易产生飞溅现象； ❖ (3)蒸发源一次装料，无需送料机构，温度控制比较 容易，操作比较简单。
21nd2
KT
2Pd 2
在室温下，空气
0.667(cm)
P
设N0个气体分子飞行d距离，被碰撞的气体 分子数N
NN01exp(d)
被碰撞的粒子百分数
f N 1exp(d)
N0
0.667(cm)
P
为保证薄膜的沉积质量，要求f≤0.1，若源-基片距离 25cm, 则P≤3X10-3Pa
关系曲线
薄膜的纯度 Ci
五.真空热蒸发镀膜法的特点
特点： ❖ 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简单； ❖ 这种方法的主要缺点是：不容易获得结晶结构的薄膜；所形
成的薄膜在基板上的附着力较小；工艺重复性不够好等。
dMs dAs
Me cos 4r2
薄膜厚度： d dM s
dc4o r 2 M se4(h h2 M e ld2A)3 s /2
l h
ttd1 4(hh2ml2)3/2
在点源正上方的单 位时间的膜厚增加 t0（l=0）：
t0
蒸发真空镀膜
蒸发真空镀膜蒸发真空镀膜是一种常见的镀膜技术，它通过将材料加热至其蒸发温度，然后使蒸发的材料沉积在基底表面上，形成一层薄膜。
这种技术被广泛应用于光学、电子、航空航天等领域，具有很高的实用价值。
蒸发真空镀膜的过程中，首先需要将待镀膜的材料置于真空室中。
真空室中的气体被抽除，以降低环境压力，从而避免杂质的污染。
接下来，通过加热材料，使其达到蒸发温度。
蒸发的材料会形成蒸汽，然后沉积在基底表面上。
蒸发时，材料的分子会以直线或抛物线的方式运动，并在基底表面沉积。
蒸发真空镀膜的优点之一是可以在常温下进行，不需要高温处理。
这使得它适用于各种材料，包括易熔点低的材料。
此外，蒸发真空镀膜的沉积速率较快，可以在较短的时间内完成厚膜的沉积。
蒸发真空镀膜的应用非常广泛。
在光学领域，它常用于制备反射镜、透镜和光学滤波器等光学元件。
通过控制沉积材料的种类和厚度，可以实现对光的反射、传输和吸收等性质的调控。
在电子领域，蒸发真空镀膜可用于制备导电膜、隔热膜和保护膜等。
这些薄膜可以提高电子器件的性能和稳定性。
此外，蒸发真空镀膜还可以用于制备太阳能电池、显示器件和传感器等。
蒸发真空镀膜技术在航空航天领域也有广泛应用。
航天器表面需要具有一定的热控制能力，以抵御来自太空的高温和低温。
蒸发真空镀膜可以制备具有高反射率或高吸收率的薄膜，用于控制航天器的热辐射。
此外，蒸发真空镀膜还可以增强航天器的耐腐蚀性能和抗磨损性能，提高其使用寿命。
尽管蒸发真空镀膜技术具有许多优点，但也存在一些挑战和限制。
首先，蒸发过程中，材料的蒸发温度和蒸发速率需要精确控制，以确保薄膜的质量和均匀性。
其次，蒸发过程中，由于基底表面的影响，薄膜的结构和性能可能会发生变化。
此外，蒸发真空镀膜的设备和工艺较为复杂，需要高度的技术和经验。
总的来说，蒸发真空镀膜是一种重要的表面处理技术，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，蒸发真空镀膜技术将进一步完善，为各个领域带来更多的创新和突破。
真空技术--真空蒸发镀膜
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。
真空蒸镀介绍
(4) 触针法
原理:在针尖上镶有曲率半径为几微米的蓝宝石或金刚石的触 针，使其在薄膜表面上移动时，由于试样的台阶会引起 触针随之作阶梯式上下运动。再采用机械的、光学的或 电学的方法，放大触针所运动的距离并转换成相应的读 数，该读数所表征的距离即为薄膜厚度。 (a) 差动变压器法
触针测厚计的传感器 (a)差动变压器法；(b)阻抗法
3
真空蒸镀原理
4
真空蒸发镀膜的三种基本过程： (1)热蒸发过程 (2)气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运，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。 真空蒸镀的优缺点： 优点：是设备比较简单、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；薄膜的 生长机理比较单纯。 缺点：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。
(c) 等厚干涉条纹法
原理（测量膜厚的标准方法） 如果在楔形薄膜上产生单色干涉光，则在一定厚度下就能 满足最大和最小的干涉条件，可观察到明暗相间的平行条纹。 如果厚度不规则，则干涉条纹也呈现不规则的形状。 测量的薄膜膜厚t为：
L t L 2
L是条纹间距；ΔL是条 纹的位移；λ是单色光 的波长。
5
真空蒸发镀膜时保证真空条件的必要性： 三个过程都必须在空气非常稀薄的真空环境 中进行，否则将发生以下情况： 1.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； 2. 蒸发源被加热氧化烧毁；
3.由于空气分子的碰撞阻挡，难以形成均匀连 续的薄膜。
蒸发源的类型:关于蒸发源的形状可根据蒸发材 料的性质，结合考虑与蒸发源材料 的湿润性， 制作成不同的形式和选用不同的蒸发源物质。
蒸发真空镀膜
蒸发真空镀膜蒸发真空镀膜是一种常见的表面处理技术，它可以使物体表面形成一层薄膜，以改善物体的性能和特性，例如耐磨、防腐蚀等。
在实践中，该技术被广泛应用于许多领域，如电子、光学、医疗、航空等。
本文将深入探讨这种技术的基本原理、优点和缺点以及应用领域。
一、原理蒸发真空镀膜是一种物理气相沉积方法（PVD），该方法基于真空条件下的物质蒸发和沉积。
其工作原理如下：首先，使用真空泵将反应室抽空至高真空或超高真空条件。
然后，在反应室中放置目标材料，它会通过加热形成蒸汽。
蒸汽向物体表面传输，并沉积在其表面上形成一膜。
沉积速率可以通过调节蒸汽压力、反应时间和目标温度进行控制。
二、优点和缺点蒸发真空镀膜方法有许多优点，其中一些包括：1.可控性: 可以通过控制沉积速率和厚度来实现薄膜的定量和质量控制。
2.均匀性: 与其他沉积技术相比，可在复杂形状物体（如球形、锥形等）表面均匀地沉积。
3.相关性: 可以使用多个目标材料以及在薄膜中形成复合材料。
然而，蒸发真空镀膜方法也有一些缺点：1.昂贵: 与其他表面处理方法相比，此方法的操作成本比较高。
2.毒性: 在沉积过程中，目标材料的挥发物可能会对技术员的健康造成潜在威胁。
为了避免这种情况，需要在特定环境下进行操作。
3.适用性: 该方法仅适用于需要高效稀释的金属或非金属材料。
某些薄膜可能需要多层沉积或与其他材料组合，以实现所需的功能或特性。
三、应用蒸发真空镀膜是一种多功能表面处理技术，因此在许多领域有广泛应用，例如：1.光学: 用于制造光学膜（反射镜、滤波器、抗反射膜等）。
2.电子: 用于制造半导体器件、触摸屏、平板显示器、LED等。
3.医学: 用于制作医疗器械和设备（人工关节、牙科修复物等）。
4.航空: 用于制造飞行器、航空器和宇宙航空材料的表面涂层。
结论总之，蒸发真空镀膜是一种有成效的表面处理技术，它可以通过加工精细的金属或非金属物质来改善物体表面的性能和特性。
然而，它的优点和缺点需要在应用和成本方面进行平衡，以实现最佳结果。
真空蒸镀概述
真 空 蒸 镀 原 理
1. 真空蒸发镀膜的三种基本过程：
① 热蒸发过程 ② 气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运，即这 2. 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。
3. 真空蒸镀的优缺点：
4. 优点：是设备比较简单、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；薄膜的生长机理比较单纯。
膜厚的测量方法
介绍以下几种方法
○ 称重法：微量天平法、石英晶体振荡法 ○ 电学方法：电阻法、电容法、电离式监控计法 ○ 光学方法：光吸收法、光干涉法、等厚干涉条纹法
(1)触针法：差动变压器法、阻抗放大法、压电元件法
称重法:微量天平法
原理：是将微量天平设置在真空室内，把蒸镀的基
片吊在天平横梁的一端，测出随薄膜的淀积而产生
触针测厚计的传感器 差动变压器法；(b)阻抗法
(b) 阻抗放大法
由于触针上下运动使电感器的间隙d发生相 应的变化时，感抗随之变化，导至线圈阻抗 改变。再利用放大电路放大并显示该阻抗的 变化量，即可表征触针上下运动的距离。
电阻蒸发源
○ 采用钨等高熔点金属，做成适当形状的蒸发源，其上装入待蒸发材料， 让电流通过，对蒸发材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入 Al2O3、BeO 等坩埚中进行间接加热蒸发 。
电子束蒸发源
将蒸发材料放入水冷铜坩埚中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸发后凝结 在基板表面成膜，是真空蒸发镀膜技术中的一种重要的加热方法和发展方向。
测量的薄膜膜厚t为：
触针法
(a) 差动变压器法
原理:在针尖上镶有曲率半径为几微米的蓝宝石或金刚石的触针，使其在薄膜表面上移动时，由 于试样的台阶会引起触针随之作阶梯式上下运动。再采用机械的、光学的或电学的方法，放大触 针所运动的距离并转换成相应的读数，该读数所表征的距离即为薄膜厚度。
真空蒸发镀膜法
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表2-1 一些常用材料的蒸气压与温度关系
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图2-2 各种元素的蒸气压与温度关系
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三、蒸发速率
根据气体分子运动论，在处于热平衡状态时，压强为P的气体， 单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数
3.511022Pv/ TM(个/cm2s,Torr)
2.641024Pv/ TM(个/cm2s,Pa)
(2-9)
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式中，M为蒸发物质的摩尔质量。如果对式（2-9） 乘以原子或分子质量，则得到单位面积的质量蒸发速 率
GmJm m/2kTPv
5.83102 M/TPv(g/cm2s,Torr) 4.37103 M/TPv(kg/m2s,Pa)
薄膜； (4) 基板加热器及测温器等。 1. 真空蒸发镀膜法的优缺点： 优点：是设备比较简单、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，用掩膜可以获得清晰图形；薄膜的生长 机理比较单纯。 缺点：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。
一．点蒸发源
通常将能够从各个方向蒸发等量材料的微小球状蒸
发源称为点蒸发源（简称点源）。一个很小的球dS， 以每秒m克的相同蒸发速率向各个方向蒸发，则在单 位时间内，在任何方向上，通过如图2-4所示立体角 dω的蒸发材料总量为dm，此角度为蒸发源和表面的 角度，则有
dm = m / 4π·dω
（2-21）
因为Vg》Vs，并假设在低气压下蒸气分子符合理想气
体状态方程，则有
Vg -Vs≈Vg ，Vg = RT/Pv
真空镀膜机的几种镀膜方法
真空镀膜机的几种镀膜方法
真空镀膜技术，简单地来说就是在真空环境下，利用蒸发、溅射等方式发射出膜料粒子，沉积在金属、玻璃、陶瓷、半导体以及塑料件等物体上形成镀膜层。
它的主要方法包括以下几种：
真空蒸镀
其原理是在真空条件下，用蒸发器加热膜料，使其气化或升华，蒸发粒子流直接射向基片，并在基片上沉积形成固态薄膜的技术。
溅射镀膜
溅射镀膜是真空条件下，在阴极接上高压电，激发辉光放电，带正电的氩离子撞击阴极靶材，使其射出膜料粒子，并沉积到基片上形成膜层。
离子镀膜
离子镀膜通常指在镀膜过程中会产生大量离子的镀膜方法。
在膜的形成过程中，基片始终受到高能粒子的轰击，膜层强度和结合力非常强。
真空卷绕镀膜
真空卷绕镀膜是一种利用各种镀膜方法，在成卷的柔性薄膜表面上连续镀膜的技术，以实现柔性基体的一些特殊功能性、装饰性属性。
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五.真空热蒸发镀膜法的特点
特点：
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简单； 这种方法的主要缺点是：不容易获得结晶结构的薄膜；所形 成的薄膜在基板上的附着力较小；工艺重复性不够好等。
I：积分常数
B ln P A T
只在一定温度范围内成立，实际上I与温度相关
15993 Al : ln P 14.533 0.999 lg T 3.52 106 T T
B ln P A T
说明:
1) 平衡蒸汽压为1 Pa时的温度即蒸发所需的 温度;
2) 温度变化10%，平衡蒸汽压变化大约一个 数量级，对温度很敏感； 3) 蒸发温度高于熔点，液体 ~ 蒸汽
蒸发温度低于熔点，固体 ~ 蒸汽，升华
二. 蒸发速率
1 Z nv n：分子密度； 4 v ：气体分子的算术平均速率
Ph
PV
P V P h 2 mRT
v
8 RT m
dN Re e Adt
dN：蒸发粒子数
A：蒸发表面积
Ph：蒸发物分子对蒸发表面造成的静压强
e：蒸发系数（0~1）
(3)预蒸发活性金属薄膜。
第四节 蒸发源的发射特性------厚度分布
蒸发过程的假设： 1) 忽略蒸发原子与剩余气体和蒸发原子之间 的碰撞。 2) 蒸发源的发射特性不随时间而变化。 3) 入射到基片上的原子全部凝结成薄膜。
一. 点蒸发源
已知Rm(单位时间单位面积点蒸发源蒸发的分子的质量)
则时间t1内，蒸发总质量：
2
朗谬尔(Langmuir)蒸发公式
第三节 蒸发动力学
一．蒸发物质的平均自由程与碰撞几率
真空室内存在着两种粒子，一种是蒸发物质 的原子或分子，另一种是残余气体分子。 真空蒸发实际上都是在具有一定压强的残余 气体中进行的。显然，这些残余气体分子会 对薄膜的形成过程乃至薄膜的性质产生影响。
二．蒸发物质的碰撞几率和纯度
基体；
3.粒子沉积在基体表面上并凝聚成薄膜； 4.组成薄膜的原子重新排列或化学键合发生变化。 影响真空镀膜质量和厚度的因素主要有蒸发源的温
度、蒸发源的形状、基片的位置、真空度等。
四. 三个基本过程：
（1）加热蒸发过程，包括由凝聚相转变为气相（固相或液相 →气相）的相变过程。每种蒸发物质在不同温度时有不同的 饱和蒸气压，蒸发化合物时，其组合之间发生反应，其中有 些组成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运，即这些粒 子在环境气氛中的飞行过程。飞行过程中与真空室内残余气 体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均自由程以及 从蒸发源到基片之间的距离，常称源-基距。 （3）蒸发原子或分子在基片表面上的沉积过程，即蒸气凝聚、 成核、核生长、形成连续薄膜。由于基板温度远低于蒸发源 温度，因此沉积物分子在基板表面将发生直接从气相到固相 的相转变过程。
粒子在两次碰撞之间所飞行的平均距离称为蒸发分子的平 均自由程。 式中，P是残余气体压强，d是分子直径，n为残余气体分 子密度。例如，在一个大气压下，蒸发分子的平均自由程 约为50cm，这与普通真空镀膜室的尺寸不相上下。因此， 可以说在高真空条件下大部分的蒸发分子几乎不发生碰撞 而直接到达基板表面。
二. 真空蒸发镀膜原理
图2.1为真空蒸发镀膜原理示意图。 主要部分有： 真空室，为蒸发过程提供必要的真空环境； 蒸发源或蒸发加热器，放置蒸发材料并对其 进行加热； 基板（基片），用于接收蒸发物质并在其表 面形成固态蒸发薄膜； 基板加热器及测温器等。三．真空蒸发的物理过程：
1.采用各种形式的热能转换方式，使镀膜材料粒子蒸 发或升华，成为具有一定能量的气态粒子(原子， 分子，原子团，0.1 0.3 eV)； 2.气态粒子通过基本上无碰撞的直线运动方式传输到
1 2 2nd
KT 2 2Pd
在室温下，空气
0.667 (cm) P
设N0个气体分子飞行d距离，被碰撞的气体 分子数N
d N N 0 1 exp( )
被碰撞的粒子百分数
f N d 1 exp( ) N0
0.667 (cm) P
为保证薄膜的沉积质量，要求f≤0.1，若源-基片距离 25cm, 则P≤3X10-3Pa
关系曲线
薄膜的纯度 Ci
Ci 定义：在1cm2表面上每秒钟剩余气体分子碰撞的数目与蒸 发淀积粒子数目之比。 每秒钟蒸发淀积在1cm2基片表面的粒子对应的膜厚增加，成 为淀积速率Rd。
R沉积
R碰撞
N A Rd
Pg
为薄膜分子的密度
Ma
M a为薄膜分子的摩尔质量
Pg Mg R 2 T NA NA
2 mkT
N A Pg 2 M g RT
则
Pg M a R碰撞 2 Ci =5.83 10 R沉积 Rd M gT
避免环境中的残存气体对薄膜的污染: (1)使用高真空技术，提高沉积系统的真空度; (2)提高薄膜生长速率;
蒸发速率公式
Ph ~ 0, 0 e 1, 可设 e 1 则
Pv 24 P v (P a) Re 2.64 10 分子/(厘米2 秒) 2 mRT MT 22 P v (Torr ) 3.5110 分子 /(厘米2 秒) MT
Rm mRe P V m M 4 2 4.37 10 P ( Pa ) 克 /( 厘米 秒) V 2 RT T M 2 5.84 10 P ( Torr ) 克 /( 厘米 秒) V T
第二节 蒸发热力学
一. 饱和蒸汽压P与温度的关系 Clapeyron-Clausius方程：
dP H dT TV
ΔH：单位摩尔物质的热焓变化 ΔV：单位摩尔物质体积的变化
理想气体的物态方程：
dP PH dT RT 2
RT P Va
则有
H e ln P I RT
ΔH≈物质在某温度的汽化热ΔHe或蒸发热
M e Rm dAdt Rm t1 4 r 2