真空蒸发镀膜综述
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。
真空蒸镀概述
二．小平面蒸发源
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蒸发源是蒸发装置的关键部件，大多金属材料 都要求在1000～2000℃的高温下蒸发。因此， 必须将蒸发材料加热到很高的蒸发温度。最常 用的加热方式有：电阻法、电子束法、高频法 等。
一、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 。
电子束蒸发源的结构型式
三．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。
合金及化合物的蒸发
分馏现象 当蒸发二元以上的合金及化合物时，蒸发
材料在气化过程中，由于各成分的饱和蒸气压 不同，使得其蒸发速率也不同，得不到希望的 合金或化合物的比例成分，这种现象称为分馏 现象。
优点 ：能获得成分均匀的薄膜，可以进 行掺杂蒸发等。
缺点：蒸发速率难于控制，且蒸发速率不 能太快。
2．多源蒸发法
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二．化合物的蒸发
化合物的蒸发法有三种：（1）电阻加热法； （2）反应蒸发法；（3）双源或多源蒸发法— 三温度法和分子束外延法。
反应蒸发法主要用于制备高熔点的绝缘介质 薄膜，如Al2O3、SiC和硅化物等。而三温度法 和分子外延法主要用于制作单晶半导体化合物 薄膜
膜厚和淀积速率的测量与监控
薄膜的性质和结构主要决定于薄膜的成核与 生长过程，如淀积速率、粒子速度与角分布、 粒子性质、衬底温度及真空度等。在气相沉积 技术中为了监控薄膜的性能与生长过程，必须 对淀积参数进行有效的测量与监控。在所有沉 积技术中，淀积速率和膜厚是最重要的薄膜淀 积参数。显然，用于淀积速率测量的实时方法， 对于时间的积分也能用于膜厚的测量，而非实 时方法则只能测量膜厚。
02 第二章 真空蒸发镀膜法
图2-1 真空蒸发镀膜原理示意图第二章 真空蒸发镀膜法真空蒸发镀膜法（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，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。
由于真空蒸发法或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。
近年来，该法的改进主要是在蒸发源上。
为了抑制或避免薄膜原材料与蒸发加热器发生化学反应，改用耐热陶瓷坩埚。
为了蒸发低蒸气压物质，采用电子束加热源或激光加热源。
为了制造成分复杂或多层复合薄膜，发展了多源共蒸发或顺序蒸发法。
为了制备化合物薄膜或抑制薄膜成分对原材料的偏离，出现了反应蒸发法等。
本章主要介绍蒸发原理、蒸发源的发射特性、膜厚测量与有关蒸发的工艺技术。
§2-1 真空蒸发原理一、真空蒸发的特点与蒸发过程一般说来，真空蒸发（除电子束蒸发外）与化学气相沉积、溅射镀膜等成膜方法相比较，有如下特点：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单纯。
这种方法的主要缺点是，不容易获得结晶结构的薄膜，所形成薄膜在基板上的附着力较小，工艺重复性不够好等。
图2-1为真空蒸发镀膜原理示意图。
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。
真空蒸发镀膜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（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。
简述真空蒸发镀膜技术的特点及分类
简述真空蒸发镀膜技术的特点及分类真空蒸发镀膜技术是一种常用的表面处理技术，通过在真空环境下加热材料，使其蒸发并沉积在基材表面形成薄膜的过程。
该技术具有许多特点，并可以根据不同的应用需求进行分类。
真空蒸发镀膜技术的特点如下：1. 高纯度：在真空环境下进行材料蒸发，可以避免杂质的污染，制备出高纯度的薄膜。
2. 薄膜均匀性好：通过调节蒸发源的位置和角度，可以在基材表面均匀沉积薄膜，使得薄膜的厚度均匀一致。
3. 膜层致密性好：由于真空环境下的蒸发可以减少气体的存在，使得薄膜的密度较高，致密性好，可以提高薄膜的物理性能。
4. 可控性强：通过调节蒸发源的温度和蒸发速率，可以控制薄膜的成分和厚度，实现对薄膜性能的调控。
5. 适用性广泛：真空蒸发镀膜技术可以用于各种基材的表面处理，包括金属、陶瓷、玻璃等材料。
根据不同的应用需求，真空蒸发镀膜技术可以分为以下几类：1. 光学薄膜：光学薄膜是真空蒸发镀膜技术中应用最广泛的一类。
通过控制薄膜的厚度和折射率，可以制备出具有特定光学性能的薄膜，如反射膜、透明导电膜等。
2. 保护膜：真空蒸发镀膜技术可以制备出具有优良耐腐蚀性能的薄膜，用于保护基材表面不受外界环境的侵蚀。
例如，在金属表面镀覆一层铬膜，可以提高金属的耐腐蚀性能。
3. 功能膜：真空蒸发镀膜技术可以制备出具有特定功能的薄膜，如硬质涂层、磁性薄膜、防反射膜等。
这些功能膜可以赋予基材特殊的性能，扩展其应用领域。
4. 生物医学膜：真空蒸发镀膜技术可以制备出生物相容性好、具有生物医学功能的薄膜，如生物陶瓷涂层、生物可降解薄膜等。
这些薄膜可以用于医疗器械、组织工程等领域。
真空蒸发镀膜技术具有高纯度、薄膜均匀性好、膜层致密性好、可控性强和适用性广泛等特点。
根据不同的应用需求，可以将其分类为光学薄膜、保护膜、功能膜和生物医学膜等。
随着科学技术的不断发展，真空蒸发镀膜技术在材料科学、光学工程、生物医学等领域的应用前景将更加广阔。
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
浅析真空镀膜
真空镀膜真空镀膜是指在一定的真空环境中，将固态膜料高温熔化，按需求量蒸发到零件表面的过程，其结果是获得满足一定特性要求的薄膜厚度。
真空镀膜主要有三种方法：真空蒸发法、真空溅射法和离子镀法，它们均属于物理气相沉积法，与之相对应的是化学气相沉积法。
1、真空蒸发镀膜法真空蒸发法的原理是：在真空条件下，用蒸发源加热蒸发材料，使之蒸发或升华进入气相，气相粒子流直接射向基片上沉积或结晶形成固态薄膜；由于环境是真空，因此，无论是金属还是非金属，在这种情况下蒸发要比常压下容易得多。
真空蒸发镀膜是发展较早的镀膜技术，其特点是：设备相对简单，沉积速率快，膜层纯度高，制膜材料及被镀件材料范围很广，镀膜过程可以实现连续化，应用相当广泛。
按蒸发源的不同，主要分为：电阻加热蒸发、电子束蒸发、电弧蒸发和激光蒸发等。
1.1电阻加热蒸发法电阻加热蒸发法就是采用钨、钼等高熔点金属，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坩锅中进行间接加热蒸发。
利用电阻加热器加热蒸发的镀膜设备构造简单、造价便宜、使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对膜层质量要求不太高的大批量的生产中。
目前在镀铝制品的生产中仍然大量使用着电阻加热蒸发的工艺。
电阻加热方式的缺点是：加热所能达到的最高温度有限，加热器的寿命也较短。
近年来，为了提高加热器的寿命，国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导电陶瓷材料作为加热器。
1.2电子束蒸发法电子束蒸发法是将蒸发材料放入水冷铜坩锅中，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形成膜，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。
电子束蒸发克服了一般电阻加热蒸发的许多缺点，特别适合制作熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。
1.3激光蒸发法采用激光束蒸发源的蒸镀技术是一种理想的薄膜制备方法。
这是由于激光器是可以安装在真空室之外，这样不但简化了真空室内部的空间布置，减少了加热源的放气，而且还可完全避免了蒸发气对被镀材料的污染，达到了膜层纯洁的目的。
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。
5 第四章 真空蒸发镀膜法详解
缺点： 费用高
第四节 合金及化合物的蒸发
对于两种以上元素组成的合金和化合物薄膜，在蒸发时如 何控制组分，以获得与蒸发材料化学比不变的膜层，是薄膜技 术中的一个重要问题。 ★ 合金的蒸发
二元以上合金或化合物，由于各成分饱和蒸气压不同，蒸 发速率不同，引起薄膜成分偏离。
t为束流作用时间，则其产 生的热量为：
Q 0.24Wt
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。
B lg Pv A
T
第一节 真空蒸发原理
第一节 真空蒸发原理
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。
第一节 真空蒸发原理
2. 蒸发粒子的速度和能量
对于绝大部分可以热蒸发的材料，蒸发温度在10002500℃范围内，蒸发粒子的平均速度约为1000m/s，对应 的平均动能约为0.1-0.2eV。
当
dS2
在点源正上方，即
0 时，膜层厚度
t0 为：
t0
m
4 h 2
在基板平面内薄膜厚度分布：t t0 Nhomakorabea1
1 ( h)2 3 2
第二节 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
★ 小平面蒸发源
这种蒸发源的发射 特性具有方向性，使得 在 角方向蒸发的材料 质量和 cos 成正比。
当 dS2 在点源正上方，即 0 时，膜层厚度 为：t0
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。
2024年真空蒸发镀膜市场发展现状
2024年真空蒸发镀膜市场发展现状摘要本文旨在探讨真空蒸发镀膜市场的发展现状。
首先介绍了真空蒸发镀膜技术的基本原理和应用领域。
然后分析了市场的发展趋势和主要驱动因素。
接着讨论了市场存在的挑战和未来发展的机遇。
最后总结了真空蒸发镀膜市场的发展前景和建议。
1. 引言真空蒸发镀膜是一种常见的表面处理技术，广泛应用于电子、光学、塑料、金属等行业。
通过在低压真空环境下加热和蒸发材料，使蒸发物质沉积在待处理物体的表面，形成一层薄膜。
这种薄膜可以提供附加功能，如防腐、增强光学性能等。
2. 真空蒸发镀膜技术真空蒸发镀膜技术主要分为热蒸发和电子束蒸发两种方式。
热蒸发利用电加热源或电子束束流将材料加热至蒸发温度，产生蒸发物质。
电子束蒸发则利用电子束击打材料表面，使其蒸发。
这两种方式各有优缺点，根据不同的需求选择适当的方式。
3. 真空蒸发镀膜市场发展趋势真空蒸发镀膜市场在过去几年取得了稳定的发展。
主要驱动因素包括：•电子产品的迅猛发展，如智能手机、平板电脑等，对薄膜技术有着巨大需求。
•光学行业对镀膜技术的依赖，如镜头、光纤等。
•材料科学的进步，为真空蒸发镀膜技术提供了更多的应用领域。
•环保要求的提高，真空蒸发镀膜技术相对于其他镀膜技术更环保。
4. 市场挑战与未来发展机遇真空蒸发镀膜市场面临着一些挑战，包括：•高技术门槛和设备成本限制了市场的进一步扩张。
•竞争激烈，市场份额分散。
•镀膜效果不稳定，需要进一步提高技术水平。
然而，真空蒸发镀膜市场也存在着许多未来的发展机遇：•新材料的开发，为薄膜镀膜提供更多可能性。
•自动化和智能化技术的应用，提高生产效率和产品质量。
•各行业对高品质薄膜的需求增加，如太阳能电池等。
•国家政策的支持，促进技术创新和市场发展。
5. 发展前景与建议真空蒸发镀膜市场具有广阔的发展前景。
未来，随着科技进步、市场需求的扩大以及政府政策的支持，该市场有望继续保持良好的增长势头。
针对真空蒸发镀膜市场发展，建议：•加大研发投入，持续提高技术水平和产品质量。
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。
材料表面技术 第五讲 真空蒸发镀膜
离子镀
四、真空蒸发镀膜
• 原理：真空蒸发镀膜，简称蒸镀，是在真 空中，采用热能转换方式，使镀料蒸发， 成为具有一定能量的气态粒子(原子、分 子或原子团)；粒子通过基本无碰撞的直 线运动传输到基体，并在基体表面上沉积 凝聚成薄膜
• 优点：设备简单可靠、工艺易掌握、可大 规模生产，镀膜机理简单，多数物质均可 蒸镀。
Instead, add M1 Then M2, running over M1
Then M3, running over M2 Short! – would have to redesign transistor
to spread contacts out further even bigger Die size = $$$
• 特点：涂层刀具具有较高的抗氧化性能，因而有较 高的耐磨性和抗磨损能力；有低的摩擦系数，可降 低切削时的切削力及切削温度，可提高刀具的耐用 度(提高硬质合金刀具耐用度l-3倍，高速钢刀具耐用 度2-10倍)。
• 涂层技术与切削材料、切削加工工艺一起并 称为切削刀具制造领域的三大关键技术。
高速钢 TiSiN涂层
切削刀具横截面 TiSiN涂层（Hv1700），降低摩擦系数与切削温度， 抗磨损、抗氧化、粘结，提高刀具寿命3－10倍
在先进制造业中的应用
超大规模集成电路
• 大规模集成电路是采用专门的设计技术和特殊的 集成工艺，把构成半导体电路的晶体管、二极管、 电阻、电容等基本元器件，制作在一块半导体单 晶片(例如硅或砷化镓)或绝缘基片上，能完成特 定功能或者系统功能的电路集合。
CVD：沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。 主要缺点：沉积温度高(900-1200℃)，高于许多工模 具的常规热处理温度，镀覆后需二次热处理，不仅引 起基材的变形与开裂，也使镀层的性能下降。
6真空蒸发镀膜法
(14)
14
真空蒸发原理
碰撞几率：
N x N 0 exp( ) x
未受到残余气体碰撞的数目：
受到残余气体碰撞的几率：
f 1
(9)
11
真空蒸发原理
质量蒸发速率 （Langmuir表 达式）：
G mJ m 5.83 10 m P 2 kT
2
M -2 P (g/cm s Torr) T M -2 P ( 个 /cm s Pa) T
4.37 103
(10)
蒸发速率随温度 的变化率：
Tm
Tv
(18)
M:分子量； W：重量；T0：室温； Cs：固体 比热；Cl：液体比热；Lm：固体溶解热； Lv： 分子气化热； Tm：固体熔点； TV：蒸发温度
17
真空蒸发原理
不同物质在相同压强下所需的蒸发热是不同的；
蒸发热量 Q 值的80%以上是蒸发热 Lv 而消耗掉的。
18
真空蒸发原理
Ultra-High Vacuum (UHV): < 1x10-9 Torr
3
6.1 真空蒸发原理
真空蒸发的特点与蒸发过程
特点：
设备比较简单、操作容易； 薄膜纯度高、质量好，厚度可较准确控制；
成膜速度快、效率高，采用掩模可以获得清晰的图形；
薄膜生长机理比较单纯。
缺点：
不容易获得结晶结构的薄膜，薄膜附着力较小，工艺重复性差。
为了使被研究的样品不被周围气氛所污染，获取“原
蒸发镀膜 合金
蒸发镀膜合金【原创版】目录1.蒸发镀膜的概述2.蒸发镀膜的原理3.蒸发镀膜的种类4.蒸发镀膜的应用领域5.合金蒸发镀膜的特点与优势6.我国在蒸发镀膜领域的发展现状与前景正文1.蒸发镀膜的概述蒸发镀膜是一种将金属或合金材料通过蒸发的方式沉积在基材表面的工艺。
这种工艺广泛应用于各种材料表面处理，如电子、光学、装饰等领域。
蒸发镀膜技术不仅可以提高材料的耐腐蚀性、导电性、耐磨性等性能，还能赋予材料独特的外观，从而满足不同领域的应用需求。
2.蒸发镀膜的原理蒸发镀膜的原理是利用真空蒸发技术，将金属或合金材料加热至高温，使其蒸发成气态粒子。
这些气态粒子在真空中迅速扩散至基材表面，并在基材表面沉积，形成一层厚度均匀、结构致密的金属或合金膜。
3.蒸发镀膜的种类蒸发镀膜根据所使用的材料不同，可分为金属蒸发镀膜和合金蒸发镀膜。
金属蒸发镀膜主要包括金、银、铜、铝等纯金属膜；而合金蒸发镀膜则包括各种合金，如镍铬合金、钛锆合金等。
4.蒸发镀膜的应用领域蒸发镀膜技术在多个领域都有广泛应用，包括：（1）电子领域：用于制造电容器、电阻、电感等元器件，提高其性能和可靠性；（2）光学领域：用于制造反射镜、透镜等光学元件，提高其反射率、透光率等性能；（3）装饰领域：用于首饰、工艺品等表面的装饰，提高其美观度和耐磨性等。
5.合金蒸发镀膜的特点与优势合金蒸发镀膜相比纯金属蒸发镀膜具有以下特点和优势：（1）良好的综合性能：合金膜中各元素相互作用，可实现某种性能的优化，如提高硬度、耐腐蚀性等；（2）高的沉积速率：合金膜的沉积速率一般高于纯金属膜，可提高生产效率；（3）良好的稳定性：合金膜在高温、高湿等环境下具有较好的稳定性，能保持其性能不易衰减。
6.我国在蒸发镀膜领域的发展现状与前景我国在蒸发镀膜领域经过多年的发展，已取得了一定的技术成果。
目前，我国在蒸发镀膜技术研究和应用方面已达到国际先进水平，并在某些领域实现了产业化。
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2-3 蒸发源的类型
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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2-3 蒸发源的类型
高频感应蒸发源
高频感应蒸发源的优点： 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）蒸发材料是金属时，蒸发材料可产生热量； 4）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。 缺点： 1） 必须采用抗热震性好，高温化学性能稳定的氮化硼坩锅； 2） 蒸发装置必须屏蔽，并需要较复杂和昂贵的高频发生器； 3） 线圈附近的压强是有定值的，超过这个定值，高频场就会使残 余气体电离，使功耗增大。
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2-4 合金及化合物的蒸发
分馏现象：当蒸发二元以上的合金及化合物时，蒸发材料在 气化过程中，由于各成分的饱和蒸气压不同，使得其蒸发速 率也不同，得不到希望的合金或化合物的比例成分，这种现 象称为分馏现象。
合金的蒸发
分压定律：液体的总蒸气压等于各组元蒸气分压之和。
拉乌尔定律：在溶液中，溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数成 正比，其比例常数就是同温度下溶剂单独存在时的饱和蒸气压。
12 6
2-3 蒸发源的类型
其他蒸发源
激光加热式蒸发源：激光束加热蒸发的原理是利用激光源发射的光子 束的光能作为加热膜材的热源，使膜材吸热汽化蒸发，激光加热蒸发技 术是真空蒸发镀膜工艺中的一项新技术。通常用于制作金刚石，类金刚 石等超硬材料。 电弧加热蒸发源：电弧加热蒸发源是在高真空下通过两导电材料制成 的电极之间产生电弧放电，利用电弧高温使电极材料蒸发。电弧源的形 式有交流电弧放电、直流电弧放电和电子轰击电弧放电等形式。 电弧加热蒸发的优点是既可避免电阻加热法中存在的加热丝、坩埚与 蒸发物质发生反应和污染问题，还可以蒸发高熔点的难熔材料。 电弧加热蒸发的缺点是电弧放电会飞溅出微米级的靶电极材料微粒， 对膜层不利。
电阻蒸发源
5
2-3 蒸发源的类型
2.蒸镀材料与蒸发源材料的湿润性
电阻蒸发源
蒸镀材料与蒸发源材料的湿润性与蒸 发材料的表面能大小有关。 高温熔化的蒸镀材料在蒸发源上有 扩展倾向时，可以认为是容易湿润的； 如果在蒸发源上有凝聚而接近于形成球 形的倾向时，就可以认为是难于湿润的。 在湿润的情况下，材料的蒸发是从 大的表面上发生的且比较稳定，可以认 为是面蒸发源的蒸发；在湿润小的时候， 一般可认为是点蒸发源的蒸发。如果容 易发生湿润，蒸发材料与蒸发源十分亲 和，蒸发状态稳定；如果是难以湿润的， 在采用丝状蒸发源时，蒸发材料就容易 从蒸发源上掉下来。
P A ' P B '
由拉乌尔定律：
MA MB
（2-4-3）
要保证薄膜的成分与蒸发料成分完全一致，则必须使
MA 1 MB
PA ' X A PA
PB ' X B PB
故
nA XA nA n B nB XB nA n B
（2-4-4）
PA ' nA PA P nB P B ' B
7
2-3 蒸发源的类型
电子束蒸发源
电子束蒸发将蒸发材料放入水冷铜坩埚中，电子在电场作用下， 获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料上，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，特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。 优点 : ①. 电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的 能流密度。 ②. 由于被蒸发材料是置于水冷坩埚内，因而可避免容器材料的蒸 发，以及容器材料与蒸镀材料之间的反应，这对提高镀膜的纯度极 为重要。 ③. 热量可直接加到蒸镀材料的表面，因而热效率高，热传导和热 辐射的损失少。 缺点： 电子枪发出的一次电子和蒸发材料发出的二次电子会电离蒸发原子 和残余气体分子，从而影响膜层质量。
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2-4 合金及化合物的蒸发
假设 ：合金/固溶体→理想溶体
合金的蒸发速率
以二元合金为例子，合金各成分的蒸发速率
GA 0.058PA ' M A / T ( g / cm2 s)
GB 0.058PB ' M B / T ( g / cm s)
2
}
（2-4-1）
拉乌尔定律对合金往往不完全适用，故引入活度系数S进行修正， 经修正后相应的蒸发速率公式可表示为
6
2-3 蒸发源的类型
电阻蒸发源
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。
丝状蒸发源常用于蒸发铝，因为铝和钨的 能相互润湿，为了增大蒸发表面，还有多 股丝状蒸发源。而锥形篮蒸发源通常用于 块状的升华材料和不易与蒸发源相润湿的 材料。
2、衬底与外延膜的热膨胀系数匹配：热膨胀系数的匹配非常重要，外延 膜与衬底材料在热膨胀系数上相差过大不仅可能使外延膜质量下降，还会 在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损坏; 3、衬底与外延膜的化学稳定性匹配：衬底材料要有好的化学稳定性，在 外延生长的温度和气氛中不易分解和腐蚀，不能因为与外延膜的化学反应 使外延膜质量下降; 4、材料制备的难易程度及成本的高低：考虑到产业化发展的需要，衬底 材料的制备要求简洁，成本不宜很高。衬底尺寸一般不小于2英寸。
GA 0.058S A X A PA M A / T
其中，
（2-4-2）
PA’ 和PB’分别为A、B成分在温度T时的饱和蒸气分压； GA 、GB分别为两种成分的蒸发速率； MA 、MB分别为两种成分元素的摩尔质量。
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2-4 合金及化合物的蒸发
A、B两种成分的蒸发速率之比为
合金的蒸发速率
GA PA ' GB P B '
化合物的蒸发
22
2-4 合金及化合物的蒸发
化合物的蒸发
2．三温度法 从原理上讲，就是双蒸发源蒸发法。 把III-V族化合物半导体材料置于坩埚内 加热蒸发时，温度在沸点以上，半导体 材料就会发生热分解，分溜出组分元素， 淀积在基板上的膜层会偏离化合物的化 学计量比。这种方法是分别控制低蒸气 压元素（III）的蒸发源温度TM 、高蒸气 压元素（V）的蒸发源温度TV和基板温 度TS，一共三个温度，这就是所谓的三 温度法名称的由来。
9
2-3 蒸发源的类型
电子束蒸发源
e型电子枪，即270度偏转的电 子枪克服了直枪的缺点，是目前用 的较多的电子束蒸发源之一。
e型电子枪可以产生很多的功率 密度，能融化高熔点的金属，产生 的蒸发粒子能量高，使膜层和基底 结合牢固，成膜的质量较好。缺点 使电子枪要求较高的真空度，并需 要使用负高压，真空室内要求有查 压板，这些造成了设备结构复杂， 安全性差，不易维护，造价也较高。
mA、mB分别为组元金属A、B在合金中的质量 WA、WB为在合金中的质量百分数 Pi溶剂i单独存在时的饱和蒸气压
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2-4 合金及化合物的蒸发
例题1：
合金的蒸发速率
计算处于1527℃下的镍铬合金(Ni 80%, Cr 20%)在PCr=10Pa,， PNi=1Pa时，它们的蒸发速率之比 (MNi= 58.7 MCr = 52.0)。 解：
1
2-3 蒸发源的类型
电阻蒸发源
采用钽、钼、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 。 优点：蒸发源结构简单、廉价易操作 缺点：需考虑蒸发源的材料和形状
2
2-3 蒸发源的类型
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2-4 合金及化合物的蒸发
合金中组元金属A、B的蒸发速率之比可改写为
合金的蒸发速率
GA P WA A GB P WB B
其中
MB M A
（2-4-5）
mA WA mA m B
WA m n M A A A WB mB nBM B
i
WB
mB m A mB
PA ' PA WA M B PB ' PB WB M A
GCr WCr PCr M Ni GNi WNi PNi M Cr
20 10 58.7 2.7 80 1 52.0
在1527℃下开始蒸发时，铬的初始蒸发速率为镍的2.7倍。 随着铬的迅速蒸发，GCr/GNi会逐渐减小，最终会小于1，这种 分馏现象的出现使得靠近基板的膜是富铬的，这也是Ni-Cr合 金薄膜具有良好附着性的原因。
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2-4 合金及化合物的蒸发
化合物的蒸发
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2-4 合金及化合物的蒸发
化合物的蒸发
衬底材料是影响外延层质量的重要因素。外延薄膜和衬底为同一物质的称 为“同质外延”，两者不相同的称为“异质外延”。对衬底有如下要求：
1、衬底与外延膜的结构匹配：外延材料与衬底材料的晶体结构相同或相 近、晶格常数失配小、结晶性能好、缺陷密度低;
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2-3 蒸发源的类型
电子束蒸发源的形势
电子束蒸发源
根据电子束蒸发源的形式不同，可分为环形枪，直枪，e型枪和空 心阴极电子枪等几种。 直枪是一种轴对称的直线加 速枪，电子从灯丝阴极发射，聚 成细束，经阳极加速后打在坩锅 中使镀膜材料融化和蒸发。直枪 的功率从几百瓦至几百千瓦的都 有，有的可用于真空蒸发，有的 可用于真空冶炼。直枪的缺点是 蒸镀的材料会污染枪体结构，给 运行的稳定性带来困难，同时发 射灯丝上逸出的钠离子等也会引 起膜层的污染
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2-4 合金及化合物的蒸发
3．分子束外延镀膜法（MBE）
化合物的蒸发
外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适当的衬底与合适条件下， 沿衬底材料晶轴方向生长一层结晶结构完整的新单晶薄膜的方法，新生单 晶层叫做外延层。 分子束外延法是在超高真空条件下，将薄膜诸组元素的分子束流，直接 喷到衬底表面，从而在其上形成外延层的技术，是新发展起来的外延制膜 方法。 优点 : 能生长极薄的单晶膜层，且能够精确控制膜厚、组分和掺杂。适于 制作微波、光电和多层结构器件，从而为集成光电和超大规模集成电路的 发展提供了有效手段。