表面处理技术概论第5章气相沉积技术
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表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
大量材料皆可以在真空中蒸发，最终在基 片上凝结以形成薄膜。真空蒸发沉积过程 由三个步骤组成： ①蒸发源材料由凝聚相转变成气相； ②在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运； ③蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、 成膜。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 基片可以选用各种材料，根据所需的薄膜 性质基片可以保持在某一温度下。当蒸发 在真空中开始时，蒸发温度会降低很多， 对于正常蒸发所使用的压强一般为 1.33×10-3Pa，这一压强能确保大多数发射 出的蒸发粒子具有直线运动轨迹。基片与 蒸发源的距离一般保持在10～50cm之间。
• 通常所用的支撑材料为难 熔金属和氧化物。当选 择某一特殊支撑材料时，一定要考虑蒸发物与支 撑材料之间可能发生的合金化和化学反应等问题。 支撑材料的形状则主要取决于蒸发物。
• 重要的蒸发方法有电阻加热蒸发、闪烁蒸发、电 子束蒸发、激光熔融蒸发、弧光 蒸发、射频加热 蒸发等。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
（5）多数沉积层是在低温等离子体条件下获得的， 沉积层粒子被电离、激发成离子、高能中性原子， 使得沉积层的组织致密，与基材具有很好的结合 力，不易脱离；
（6）沉积层薄，通过对沉积参数的控制，容易生长 出单晶、多晶、非晶、多层、纳米层结构的功能 薄膜；
（7）由于物理气相沉积是在真空条件下进行的，没 有有害废气排出，属于无空气污染技术；
（2）源物质经过物理过程而进入气相, 在气相中及 在基材表面并不发生化学反应；
（3）需要相对较低的气体压力环境下沉积，沉积层 质量较高；
（4）物理气相沉积获得的沉积层较薄，厚度范围通 常为纳米微米数量级，属于薄膜范畴。因此，物 理气相沉积技术通常又称为薄膜技术，是其它表 面覆层技术所无法比拟的；
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
•辉光放电状态和不同位置处的电 位
•Ni的溅射率与入射离子种类和能量之间的关系
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
以下的几个溅射现象的特点可以用溅射率v来进行解释：
①假如用某种离子在某固定的电压下轰击各种物质， 那么就会发现v随元素周期表的族的变化而变化的； 反之，靶子种类一定，用不同种类的离子去轰击 靶子，那么，v也随元素周期表的族的变化而做周 期性的变化。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
➢ 由于与盛装待蒸发材料的坩埚相接触的蒸发材料 在整个蒸发沉积过程保持固体状态不变，这样就 使待蒸发材料与坩埚发生反应的可能性减少到最 低。直接采用电子束加热使水冷坩埚中的材料蒸 发是电子束蒸发中常用的方法。
➢ 通过水冷，可以避免蒸发材料与坩埚壁的反应， 由此即可制备高纯度的薄膜。通过电子束加热， 任何材料都可以被蒸发，蒸发速率一般在每秒几 分之一埃到每秒数微米之间。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
溅射沉积和蒸发沉积在本质上是有区别的：蒸发沉 积是由能量转换引起的，而溅射沉积 是有 动量转换引起的，所以溅射的溅射出来的 原子是有方向性的。利用这种想象来沉积 物质制作薄膜的方法就是溅射沉积。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
⑴ 辉光放电和溅射现象
• 辉光放电 当容器内的压强在0.1-10Pa时， 在容器内装置的两电极加上电压而产生的 放电。就是正离子轰击阴极，从阴极发射 出次级电子，此电子在克鲁克斯暗区被强 电场加速后再冲撞气体原子，使其离化后 再被加速，然后再轰击阴极这样一个反复 进行过程。
激光蒸发沉积
溅 二极型离子沉积 射 三极型离子沉积 沉 射频溅射沉积 积 磁控溅射沉积
离子束溅射沉积
离 空心阴极离子沉积 子 活性反应离子沉积 沉 热丝阴极离子沉积 积 阴极电弧离子沉积
外延 沉积
分子束外延沉积 液相外延沉积 热壁外延沉积
•物理气相沉积分类
气体放电方式 基材偏压/V 工作气压/Pa 金属离化率/%
（8）物理气相沉积多是在辉光放电、弧光放电等低 温等离子体条件下进行的，沉积层粒子的整体活 性很大，容易与反应气体进行化合反应。可以在 较低温度下获得各种功能薄膜，同时，基材选用 范围很广，如可以是金属、陶瓷、玻璃或塑料等。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
分类 名称
真空蒸 电阻蒸发沉积 发沉积 电子枪蒸发沉积
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 真空蒸发沉积的设备一般由沉积膜室、抽真空系 统、蒸发源、基材支架、基材加热系统和轰击电 极以及蒸发电源、加热电源、轰击电源、进气系 统等。
•真空蒸发沉积装置示意图 表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 在真空中为了蒸发待沉积的材料，需要容器来支 撑或盛装蒸发物，同时需要提供 蒸发热使蒸发物 达到足够高的温度以产生所需的蒸气压。
• 直流溅射又被称为阴极溅射或二级溅射。 相对较低的气压条件下，阴极鞘层厚度较 大，原子的电离过程多发生在距离靶材很 远的地方，因而离子运动至靶材处的概率 较小。同时，低压下电子的自由程较长， 电子在阳极上消失的概率较大，而离子在 阳极上溅射的同时发出二次电子的概率又 由于气压较低而相对较小。这使得低压下 的原子电离成为离子的概率很低，在低于 1Pa的压力下甚至不易发生自发放电。这些 均导致低压条件下溅射速率很低。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
5.1 物理气相沉积
• 物理气相沉积是一种物理气相反应为生长法，是 利用某种物理过程，在低气压或真空等离子体放 电条件下，发生物质的热蒸发或受到粒子轰击时 物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从物 质缘在基体表面生长与基体性能明显不同薄膜 （涂层）的人为特定目的物质转移过程。
②溅射率v随入射离子的能量即加速电压V的增加而 单调的增加。不过，V有临界值（一般是10V）。 在10V以下时，v为零。当电压非常高（>10kV） 时，由于入射离子会打入靶内，v反而减小。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
③对于单晶靶，v的大小随晶面的方向而变化。因此， 被溅射的原子飞出的方向是不遵守余弦定律的， 而是沿着晶体的最稠密的方向。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 电子束源形式多样，性能可靠，但电子束 蒸发设备较为昂贵，且较为复杂。如果应 用电阻加热技术能获得所需要的薄膜材料， 一般则不使用电子束蒸发。
• 在需要制备高纯度的薄膜材料，同时又缺 乏合适的盛装材料时，电子束蒸发方法具 有重要的实际意义。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
•电子束加热装置 表面处理技术概论第5章气相沉积技
术
5.1.4 溅射沉积
• 利用带有电荷的离子在电场中加速后具有 一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的 靶电极。在离子能量合适的情况下，入射 的离子将在与靶电极表面的原子的碰撞过 程中使后者溅射出来。这些被溅射出来的 原子带有一定的动能，并且会沿着一定的 方向射向基材，从而实现在基材表面上的 沉积。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
目录
• 5.1 物理气相沉积 • 5.2 化学气相沉积技术 • 5.3 气相沉积技术制备薄膜 • 思考题
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
5.1 物理气相沉积
• 5.1.1 真空蒸发沉积 • 5.1.2 电阻蒸发沉积 • 5.1.3 电子束蒸发沉积 • 5.1.4 溅射沉积 • 5.1.5 离子镀 • 5.1.6 外延沉积（生长）离子镀
• 在溅射化合物时，这里以Ar离子轰击GaAs 为例。这种情况下，溅射出来的原子与分 子中有99%是Ga或者As的中性单原子，剩 下的才是中性GaAs分子。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
⑶ 溅射沉积装置
• 直流溅射一般只能用于靶材为良导体的溅 射。
•直流溅射沉积装置的示意
图
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 常用的电阻加热蒸发法是将待蒸发材料放 置在电阻加热装置中，通过电路中的电阻 加热给待沉积材料提供蒸发热使其汽化。 在这一方法中，经常使用的支撑加热材料 是难熔金属钨、铊、钼，这些金屑皆具有 高熔点、低蒸气压的特点。支撑加热材料 一般采用丝状或箔片形状，如图3－2所示。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 真空蒸发沉积薄膜具有简单便利、操作容易、成 膜速率快、效率高等特点，是薄膜制备中最为常 用的方法之一。
• 这一技术的缺点是形成的薄膜与基片结合较差， 工艺重复性不好。
• 在真空蒸发技术中，人们只需要产生一个真空环 境。在真空环境下，给待蒸发物提供足够的热量 以获得蒸发所必需的蒸气压。在适当的温度下， 蒸发粒子在基片上凝结，这样即可实现真空蒸发 薄膜沉积。
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10-3～10-4
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辉光放电 辉光放电 射频放电 辉光放电 辉光放电
0 0～1000 100～200 100～200
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1～3 1～10-1 10-1～10-2 10-1～10-2 10-1～10-3
0 10-1～10-2
15～30 10～20 50～85
表面处理技术概论第5章 气相沉积技术
2020/12/6
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 气相沉积技术是通过气相材料或使材 料气化后沉积于固体材料或制品(基片) 表面并形成薄膜，从而使基片获得特 殊表面性能的一种新技术。近40年来， 气相沉积技术发展迅速，已在现代工 业中得到广泛应用并展示了更为广阔 的发展和应用前景。
④对于多晶靶，离子从斜的方向轰击表面时，v增大。 由溅射飞出的原子方向多和离子的正相反方向相 一致。
⑤被溅射出来的原子具有的能量要比由真空蒸发飞 出的原子所具有的能量（大约在0.1eV）大1~2个 数量级。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
⑵ 溅射原子、分子的形态
• 单体物质引起溅射时，通常，离子的加速 电压越高，被溅射出来的单原子就越少， 复合粒子就越多。通常把这种复合粒子称 为群。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 一般来讲，沉积速度与溅射功率（或溅射电流的 平方）成正比、与靶材和衬底之间的间距成反比。
•溅射沉积速率与工作气压间的关系 表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 溅射气压较低时，入射到衬底表面的原子没有经过很 多次碰撞，因而能量较高，这有利于提高沉积时原子的扩 散能力，提高沉积组织的致密程度。溅射气压的提高使得 入射的原子能量降低，不利于薄膜组织的致密化。
• 物理气相沉积过程可概括为三个阶段： ①从源材料中发射出粒子； ②粒子输运到基片； ③粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
物理气相沉积技术的主要特点如下 :
（1）沉积层需要使用固态的或者熔融态的物质作为 沉积过程的源物质，采用各种加热源或溅射源使 固态物质变为原子态；
•常见电阻式加热器表面处理技术概论第5章气相沉积技
术
电阻蒸发沉积的缺点：
• ①加热所能达到最高温度有限，加热器的 寿命也较短。
• ②坩埚的成本高 • ③蒸发率低； • ④加热时合金或化合物会分解
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
5.1.3 电子束蒸发沉积
•电阻蒸发存在许多致命的缺点，如蒸发物与坩 埚发生反应；蒸发速率较低。 •为了克服这些缺点，可以通过电子轰击实现材 料的蒸发。 •在电子束蒸发技术中，一束电子通过5～10kV 的电场后被加速→最后聚焦到待蒸发材料的表 面→当电子束打到待蒸发材料表面时，电子会 迅速损失掉自己的能量→将能量传递给待蒸发 材料使其熔化并蒸发。 •也就是待蒸发材料的表面直接由撞击的电子束 加热，这与传统的加热方式形成鲜明的对照。
技术名称
热能来源 功率密度/W.cm-2 特点
•几种真空蒸发沉积技术的特点
电阻蒸发沉积 电子束蒸发沉积
高频感应加热蒸 发沉积
高熔点金属
高能电子束
高频感应加热
小
104
103
简单成本低
金属化合物
蒸发速率大
激光蒸发沉积
激光能量 106 纯度高，不分馏
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
5.1.2 电阻蒸发沉积
热弧放电 辉光放电 热弧放电 冷场致弧光放电
50～100
1000 100～120 50～200
1～10-1 1～10-2 1～10-1 1～10-1
20～40 5～15 20～40 60～90
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表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
5.1.1 真空蒸发沉积
大量材料皆可以在真空中蒸发，最终在基 片上凝结以形成薄膜。真空蒸发沉积过程 由三个步骤组成： ①蒸发源材料由凝聚相转变成气相； ②在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运； ③蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、 成膜。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 基片可以选用各种材料，根据所需的薄膜 性质基片可以保持在某一温度下。当蒸发 在真空中开始时，蒸发温度会降低很多， 对于正常蒸发所使用的压强一般为 1.33×10-3Pa，这一压强能确保大多数发射 出的蒸发粒子具有直线运动轨迹。基片与 蒸发源的距离一般保持在10～50cm之间。
• 通常所用的支撑材料为难 熔金属和氧化物。当选 择某一特殊支撑材料时，一定要考虑蒸发物与支 撑材料之间可能发生的合金化和化学反应等问题。 支撑材料的形状则主要取决于蒸发物。
• 重要的蒸发方法有电阻加热蒸发、闪烁蒸发、电 子束蒸发、激光熔融蒸发、弧光 蒸发、射频加热 蒸发等。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
（5）多数沉积层是在低温等离子体条件下获得的， 沉积层粒子被电离、激发成离子、高能中性原子， 使得沉积层的组织致密，与基材具有很好的结合 力，不易脱离；
（6）沉积层薄，通过对沉积参数的控制，容易生长 出单晶、多晶、非晶、多层、纳米层结构的功能 薄膜；
（7）由于物理气相沉积是在真空条件下进行的，没 有有害废气排出，属于无空气污染技术；
（2）源物质经过物理过程而进入气相, 在气相中及 在基材表面并不发生化学反应；
（3）需要相对较低的气体压力环境下沉积，沉积层 质量较高；
（4）物理气相沉积获得的沉积层较薄，厚度范围通 常为纳米微米数量级，属于薄膜范畴。因此，物 理气相沉积技术通常又称为薄膜技术，是其它表 面覆层技术所无法比拟的；
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
•辉光放电状态和不同位置处的电 位
•Ni的溅射率与入射离子种类和能量之间的关系
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
以下的几个溅射现象的特点可以用溅射率v来进行解释：
①假如用某种离子在某固定的电压下轰击各种物质， 那么就会发现v随元素周期表的族的变化而变化的； 反之，靶子种类一定，用不同种类的离子去轰击 靶子，那么，v也随元素周期表的族的变化而做周 期性的变化。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
➢ 由于与盛装待蒸发材料的坩埚相接触的蒸发材料 在整个蒸发沉积过程保持固体状态不变，这样就 使待蒸发材料与坩埚发生反应的可能性减少到最 低。直接采用电子束加热使水冷坩埚中的材料蒸 发是电子束蒸发中常用的方法。
➢ 通过水冷，可以避免蒸发材料与坩埚壁的反应， 由此即可制备高纯度的薄膜。通过电子束加热， 任何材料都可以被蒸发，蒸发速率一般在每秒几 分之一埃到每秒数微米之间。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
溅射沉积和蒸发沉积在本质上是有区别的：蒸发沉 积是由能量转换引起的，而溅射沉积 是有 动量转换引起的，所以溅射的溅射出来的 原子是有方向性的。利用这种想象来沉积 物质制作薄膜的方法就是溅射沉积。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
⑴ 辉光放电和溅射现象
• 辉光放电 当容器内的压强在0.1-10Pa时， 在容器内装置的两电极加上电压而产生的 放电。就是正离子轰击阴极，从阴极发射 出次级电子，此电子在克鲁克斯暗区被强 电场加速后再冲撞气体原子，使其离化后 再被加速，然后再轰击阴极这样一个反复 进行过程。
激光蒸发沉积
溅 二极型离子沉积 射 三极型离子沉积 沉 射频溅射沉积 积 磁控溅射沉积
离子束溅射沉积
离 空心阴极离子沉积 子 活性反应离子沉积 沉 热丝阴极离子沉积 积 阴极电弧离子沉积
外延 沉积
分子束外延沉积 液相外延沉积 热壁外延沉积
•物理气相沉积分类
气体放电方式 基材偏压/V 工作气压/Pa 金属离化率/%
（8）物理气相沉积多是在辉光放电、弧光放电等低 温等离子体条件下进行的，沉积层粒子的整体活 性很大，容易与反应气体进行化合反应。可以在 较低温度下获得各种功能薄膜，同时，基材选用 范围很广，如可以是金属、陶瓷、玻璃或塑料等。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
分类 名称
真空蒸 电阻蒸发沉积 发沉积 电子枪蒸发沉积
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 真空蒸发沉积的设备一般由沉积膜室、抽真空系 统、蒸发源、基材支架、基材加热系统和轰击电 极以及蒸发电源、加热电源、轰击电源、进气系 统等。
•真空蒸发沉积装置示意图 表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 在真空中为了蒸发待沉积的材料，需要容器来支 撑或盛装蒸发物，同时需要提供 蒸发热使蒸发物 达到足够高的温度以产生所需的蒸气压。
• 直流溅射又被称为阴极溅射或二级溅射。 相对较低的气压条件下，阴极鞘层厚度较 大，原子的电离过程多发生在距离靶材很 远的地方，因而离子运动至靶材处的概率 较小。同时，低压下电子的自由程较长， 电子在阳极上消失的概率较大，而离子在 阳极上溅射的同时发出二次电子的概率又 由于气压较低而相对较小。这使得低压下 的原子电离成为离子的概率很低，在低于 1Pa的压力下甚至不易发生自发放电。这些 均导致低压条件下溅射速率很低。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
5.1 物理气相沉积
• 物理气相沉积是一种物理气相反应为生长法，是 利用某种物理过程，在低气压或真空等离子体放 电条件下，发生物质的热蒸发或受到粒子轰击时 物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从物 质缘在基体表面生长与基体性能明显不同薄膜 （涂层）的人为特定目的物质转移过程。
②溅射率v随入射离子的能量即加速电压V的增加而 单调的增加。不过，V有临界值（一般是10V）。 在10V以下时，v为零。当电压非常高（>10kV） 时，由于入射离子会打入靶内，v反而减小。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
③对于单晶靶，v的大小随晶面的方向而变化。因此， 被溅射的原子飞出的方向是不遵守余弦定律的， 而是沿着晶体的最稠密的方向。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 电子束源形式多样，性能可靠，但电子束 蒸发设备较为昂贵，且较为复杂。如果应 用电阻加热技术能获得所需要的薄膜材料， 一般则不使用电子束蒸发。
• 在需要制备高纯度的薄膜材料，同时又缺 乏合适的盛装材料时，电子束蒸发方法具 有重要的实际意义。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
•电子束加热装置 表面处理技术概论第5章气相沉积技
术
5.1.4 溅射沉积
• 利用带有电荷的离子在电场中加速后具有 一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的 靶电极。在离子能量合适的情况下，入射 的离子将在与靶电极表面的原子的碰撞过 程中使后者溅射出来。这些被溅射出来的 原子带有一定的动能，并且会沿着一定的 方向射向基材，从而实现在基材表面上的 沉积。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
目录
• 5.1 物理气相沉积 • 5.2 化学气相沉积技术 • 5.3 气相沉积技术制备薄膜 • 思考题
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
5.1 物理气相沉积
• 5.1.1 真空蒸发沉积 • 5.1.2 电阻蒸发沉积 • 5.1.3 电子束蒸发沉积 • 5.1.4 溅射沉积 • 5.1.5 离子镀 • 5.1.6 外延沉积（生长）离子镀
• 在溅射化合物时，这里以Ar离子轰击GaAs 为例。这种情况下，溅射出来的原子与分 子中有99%是Ga或者As的中性单原子，剩 下的才是中性GaAs分子。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
⑶ 溅射沉积装置
• 直流溅射一般只能用于靶材为良导体的溅 射。
•直流溅射沉积装置的示意
图
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 常用的电阻加热蒸发法是将待蒸发材料放 置在电阻加热装置中，通过电路中的电阻 加热给待沉积材料提供蒸发热使其汽化。 在这一方法中，经常使用的支撑加热材料 是难熔金属钨、铊、钼，这些金屑皆具有 高熔点、低蒸气压的特点。支撑加热材料 一般采用丝状或箔片形状，如图3－2所示。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 真空蒸发沉积薄膜具有简单便利、操作容易、成 膜速率快、效率高等特点，是薄膜制备中最为常 用的方法之一。
• 这一技术的缺点是形成的薄膜与基片结合较差， 工艺重复性不好。
• 在真空蒸发技术中，人们只需要产生一个真空环 境。在真空环境下，给待蒸发物提供足够的热量 以获得蒸发所必需的蒸气压。在适当的温度下， 蒸发粒子在基片上凝结，这样即可实现真空蒸发 薄膜沉积。
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辉光放电 辉光放电 射频放电 辉光放电 辉光放电
0 0～1000 100～200 100～200
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15～30 10～20 50～85
表面处理技术概论第5章 气相沉积技术
2020/12/6
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 气相沉积技术是通过气相材料或使材 料气化后沉积于固体材料或制品(基片) 表面并形成薄膜，从而使基片获得特 殊表面性能的一种新技术。近40年来， 气相沉积技术发展迅速，已在现代工 业中得到广泛应用并展示了更为广阔 的发展和应用前景。
④对于多晶靶，离子从斜的方向轰击表面时，v增大。 由溅射飞出的原子方向多和离子的正相反方向相 一致。
⑤被溅射出来的原子具有的能量要比由真空蒸发飞 出的原子所具有的能量（大约在0.1eV）大1~2个 数量级。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
⑵ 溅射原子、分子的形态
• 单体物质引起溅射时，通常，离子的加速 电压越高，被溅射出来的单原子就越少， 复合粒子就越多。通常把这种复合粒子称 为群。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 一般来讲，沉积速度与溅射功率（或溅射电流的 平方）成正比、与靶材和衬底之间的间距成反比。
•溅射沉积速率与工作气压间的关系 表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
• 溅射气压较低时，入射到衬底表面的原子没有经过很 多次碰撞，因而能量较高，这有利于提高沉积时原子的扩 散能力，提高沉积组织的致密程度。溅射气压的提高使得 入射的原子能量降低，不利于薄膜组织的致密化。
• 物理气相沉积过程可概括为三个阶段： ①从源材料中发射出粒子； ②粒子输运到基片； ③粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
物理气相沉积技术的主要特点如下 :
（1）沉积层需要使用固态的或者熔融态的物质作为 沉积过程的源物质，采用各种加热源或溅射源使 固态物质变为原子态；
•常见电阻式加热器表面处理技术概论第5章气相沉积技
术
电阻蒸发沉积的缺点：
• ①加热所能达到最高温度有限，加热器的 寿命也较短。
• ②坩埚的成本高 • ③蒸发率低； • ④加热时合金或化合物会分解
表面处理技术概论第5章气相沉积技 术
5.1.3 电子束蒸发沉积
•电阻蒸发存在许多致命的缺点，如蒸发物与坩 埚发生反应；蒸发速率较低。 •为了克服这些缺点，可以通过电子轰击实现材 料的蒸发。 •在电子束蒸发技术中，一束电子通过5～10kV 的电场后被加速→最后聚焦到待蒸发材料的表 面→当电子束打到待蒸发材料表面时，电子会 迅速损失掉自己的能量→将能量传递给待蒸发 材料使其熔化并蒸发。 •也就是待蒸发材料的表面直接由撞击的电子束 加热，这与传统的加热方式形成鲜明的对照。
技术名称
热能来源 功率密度/W.cm-2 特点
•几种真空蒸发沉积技术的特点
电阻蒸发沉积 电子束蒸发沉积
高频感应加热蒸 发沉积
高熔点金属
高能电子束
高频感应加热
小
104
103
简单成本低
金属化合物
蒸发速率大
激光蒸发沉积
激光能量 106 纯度高，不分馏
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5.1.2 电阻蒸发沉积
热弧放电 辉光放电 热弧放电 冷场致弧光放电
50～100
1000 100～120 50～200
1～10-1 1～10-2 1～10-1 1～10-1
20～40 5～15 20～40 60～90
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10-3～10-4
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1～10-1
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1～10-1
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5.1.1 真空蒸发沉积