真空镀膜技术基础张以忱

感 应 加 热 式 蒸 发 源
Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University, China
空心阴极等离子体电阻式加热式蒸发源
1.冷却水套 2.空心阴极 3.辅助阳极 4.聚束线圈 5.枪头 6.膜材 7.坩埚 8.聚焦磁场 9.基片
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1.2 真空镀膜特点
在真空条件下镀膜，膜不易受污染，可获 得纯度高、致密性好、厚度均匀的膜层。
膜材和基体材料有广泛的选择性，可以制 备各种不同的功能性薄膜。
某些金属蒸气压与温度的关系曲线
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清洗条件 基片应进行镀前处理（粗糙度小，表面上无污染 物，无氧化化层等）
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环形蒸发源
——环形线蒸发源
平面基片的环形线蒸发源
平行于基片的 环形线源的膜厚
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环形蒸发源
——环形平面蒸发源
平行于基片的环形平面蒸发源
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2.3 真空蒸发镀膜机
间歇式真空蒸发镀膜机
立式真空蒸发镀膜机 卧式真空蒸发镀膜机
半连续式真空蒸发镀膜机
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主要内容
1. 真空镀膜概论 2. 真空蒸发镀膜 3. 真空溅射镀膜 4. 真空离子镀膜和离子束沉积
技术
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状 源 与 箔 状 源
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电阻加热式蒸发源
——铝蒸发用坩埚加热器
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真空条件 蒸镀室内真空度应高于10-2Pa 室内残余气体的分子到达基片表面上的几率<膜 材的蒸发速率
N1 ~ L曲线 N0 λ
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蒸发条件 蒸发速率应足够大以达到工艺要求的沉积速率 （kg/m2s）
基片与蒸发源的相对位置
点蒸发源的等膜厚球面
1.基片 2.球面工件架 3.点蒸发源
小平面源的等膜厚面
1.基片 2.球面工件架 3.小平面源
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圆形平面源的膜厚分布
1.4 真空镀膜的应用
薄膜的应用非常广泛，它可以应用于电子、 机械、光学、能源、轻工、食品、建筑、 装饰等工业方面以及传感器、变换器等。 此外，塑料表面金属薄膜以及金属表面的 塑料薄膜广泛应用于日常生活各方面。
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化学气相沉积（ CVD）
如：热化学气相沉积、光化学气相沉积、等离子体化 学气相沉积
物理-化学气相沉积（PCVD）
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真 空 表 面 处 理 技 术 的 分 类
点蒸发源 小平面蒸发源 环形蒸发源
环形线蒸发源、环形平面蒸发源、环形柱面蒸发源 环形锥面蒸发源
矩形平面蒸发源
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点蒸发源
及点源对平面的蒸发
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较各 种 干 式 镀 膜 技 术 的 比
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薄 膜 的 应 用
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2. 真空蒸发镀膜
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2.2 蒸发源
按加热方式分类： 电阻加热式 电子束加热式 感应加热式 空心阴极等离子体电阻式加热式 激光束加热式
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——
电 阻 加 热 式 蒸 发 丝源
2.1 真空蒸发镀膜原理
将膜材置于真空中，通过蒸发源对其加热 使其蒸发，蒸发的原子或分子从蒸发源表 面逸出。由于高真空气氛，真空室中气体 分子的平均自由程大于真空室的线性尺寸， 故此蒸汽分子很少与其它分子相碰撞，以 直线方式达到基片表面，通过物理吸附和 化学吸附凝结在基片表面，形成薄膜。这 就是真空蒸发镀膜的基本原理。
激光加热式蒸发源
1.玻璃衰减器 2.透镜 3.光圈 4.光电池 5.分光器 6.透镜 7.基片 8.探头 9.靶 10.真空室 11.激光器
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蒸发源按形状分类：
环形蒸发源
——环形柱面蒸发源
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环形蒸发源
——环形锥面蒸发源
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空心阴极等离子体电阻式加热式蒸发源
——HCD枪特性
辅助阳极孔径与主束电压及束流的关系
主束电源与引束电源的匹配 氩气流量与主束电压的关系
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东北大学第八期《真空技术》培训班
真空镀膜技术基础
主讲人：张以忱
经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意， 任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。
东北大学第八期
《真空技术》培训系列之
一. 真空技术概况 （巴德纯） 二. 真空工程理论基础 （张世伟） 三. 干式真空泵原理与技术基础 （巴德纯） 四. 真空系统组成与设计基础 （刘坤） 五. 真空获得设备原理与技术基础 （张以忱） 六. 真空测量技术基础 （刘玉岱） 七.真空镀膜技术基础 （张以忱） 八. 质谱原理与真空检漏 （刘玉岱） 九. 真空冶金技术基础 （王晓冬） 十. 真空与低温技术及设备 （徐成海）
电子束加热式蒸发源
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电子束加热式蒸发源
——e型枪工作原理示意图
1.发射体组件 2.阳极 3.电磁线圈 4.水冷坩埚 5.离子收集板 6.电子收集极 7.电子束轨迹 8.正离子轨迹 9.散射电子轨迹 10.等离子体
薄膜与基体附着强度好，膜层牢固。 对环境无污染。
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1.3 真空镀膜技术分类
物理气相沉积（PVD）
如：热蒸发沉积、溅射沉积、离子镀和分子束外延
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真空蒸发镀膜原理图
1. 基本加热电源 2. 真空室 3. 基片架 4. 基片 5. 膜材 6. 蒸发舟 7. 加热电源 8. 抽气口 9. 真空密封 10. 挡板 11. 蒸汽流
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电子束加热式蒸发源
——e型枪电子束偏转角
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蒸发镀膜成膜条件 真空条件 蒸发条件 清洗条件
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点蒸发源的发射
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
点源对平面的蒸发
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小平面蒸发源
及小平面源对平行平面的蒸发
小平面蒸发源的发射
小平面源对平行平面的蒸发
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1. 真空镀膜概论
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1.1 真空镀膜技术
真空镀膜 在真空条件下利用某种方法，在固体
表面上镀一层与基体材料不同的薄膜材料， 也可以利用固体本身生成一层与基体不同 的薄膜材料，即真空镀膜技术。