真空蒸发镀膜蒸镀
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 1、真空蒸发镀膜原理 真空镀膜按其技术种类可分成以下
真空蒸发镀膜 1、真空蒸发镀膜原理真空镀膜按其技术种类可分成以下真空蒸发镀膜1、真空蒸发镀膜原理真空镀膜按其技术种类可分成以下几类:一:真空蒸发,包括电阻式加热蒸发,电子束加热蒸发，低压大电流反应蒸发等,,二:真空溅射,包括二极溅射、射频溅射、反应溅射、非平衡磁控溅射、中频磁控反应溅射等,,三:离子镀,包括溅射离子镀、空心阴极离子镀膜、反应离子镀、真空电弧离子镀等,。
真空获得、真空测量取得的进展是薄膜技术迅速实现产业化的决定性的因素。
真空镀膜方法的不断改进开创了真空技术在薄膜领域应用的新篇章. 真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺，是迄今在工业上能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。
真空离子镀是大批量生产耐磨硬质膜层,如机械泵TiC，TiN等,的主要的工艺，在油扩散泵---抽气系统出现之后，它们才获得大规模地应用。
真空蒸发镀膜的原理是:先将镀膜室内的气体-2抽到10Pa以下的压强，通过加热蒸发源使臵于蒸发源中的物质蒸发，蒸汽的原子或分子从蒸发源表面逸出，沉积到基片上凝结后形成薄膜，它包括抽气,蒸发,沉积等基本过程。
真空环境是镀膜的首要条件:,1,可防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应，而使蒸发源劣化,,2,可防止蒸汽原子或分子在沉积到基片上的途中和空气分子碰撞而阻碍蒸汽原子或分子直接到达基片表面，以及由于蒸汽原子、分子间的相互碰撞而在到达基片表面前就凝聚，或在途中就生成其它化合物,,3,可防止在形成薄膜的过程中，空气分子作为杂质混入膜内或在膜中形成其它化合物。
真空蒸发镀膜常用的蒸发源有电阻式加热蒸发源、电子束加热蒸发源、激光加热蒸发源、空心热阴极等离子束加热蒸发源、感应式加热蒸发源等。
在高真空或超高真空下，用电阻、高频、电子束、激光等加热技术，在玻璃、塑料、和金属等基体上可蒸发沉积100多种金属、半导体、和化合物薄膜。
其中，电子束反应蒸发制备多层光学薄膜是一种方便有效的手段，在批量化生产中已被普遍采用，其优点是:电子束加热温度可达3500?左右，蒸发材料基本上不受限制，即使钨和钼也可蒸镀，蒸发速率高,100,750000 Å/s,，而且蒸发速率和电子束聚集调节方便，通过对蒸发材料的局部熔化或坩埚水冷，蒸发材料不与坩埚发生反应，保证了膜料的高纯度。
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。
真空蒸发镀膜蒸镀
2. 残存气体对制膜的影响
22 （1）残存气体的蒸发速率Ng： N g 3.513 10
g Pg
M gTg
(13)
（2）到达基片的气体分子与蒸气分子之比(面源)：
Ng Nd
Pg P
Pg MT r 2 K M gTg A cos cos P
(14) （ g）
讨论：减小污染的途径
电子束加热蒸发源由： 阴极、加速电极、阳极 （膜料）组成。 还有高频加热蒸发源、 激光蒸发源等。
图8.2.5 电子束加热蒸发源
优点:
（1）可以直接对蒸发材料加热；
（2）装蒸发料的容器可以是冷的或者用水冷却，从而 可避免 材料与容器的反应和容器材料的蒸发；
（ 3 ） 可 蒸 发 高 熔 点 材 料 ， 例 如 ： 钨 （ Tm=3380℃ ） 、 钼 (Tm=2610℃)和钽（Tm=3000℃）等耐热金属材料。
图8.2.10 辉光放电
3. 溅射机理——两种假说 （1）Hippel理论（1926提出） 离子轰击靶产生的局部高温使靶材料（阴 极材料）的局部蒸发，在阳极上沉积制膜。
（2）动能转移机理 （Stark,1909，Langmuir, Henschk）
(I) 溅射出的原子能量比热蒸发原子能量高一个数量级； (II)轰击离子存在一个临界能量，低于这个能量，不能产生溅 射； (Ⅲ)溅射系数=溅射原子数/轰击离子数,既与轰击离子的能量 1 mv 2 有关，也与轰击离子的质量有关 ( ,动能转移 )； 2 (Ⅳ)离子能量过高，溅射系数反而下降,可能是因为离子深入 到靶材内部，能量没有交给表面附近原子的缘故； (Ⅴ)溅射原子出射的角分布，对于单晶靶材，粒子主要沿几个 方向出射。 最强的出射方向对应于晶格中原子最密集排列的方向，这 种现象可用“聚焦碰撞”解释。
真空蒸镀 热蒸发
真空蒸镀热蒸发
真空蒸镀热蒸发是一种物理气相沉积（PVD）技术，用于在基底表面上沉积薄膜。
它的基本原理如下：
1. 真空环境：在真空蒸镀过程中，将基底和蒸发源置于真空室内。
真空环境可以减少气体分子之间的碰撞，防止气体对沉积过程的干扰，并提高薄膜的质量。
2. 蒸发源：蒸发源是提供蒸发材料的装置。
它可以是金属丝、坩埚或溅射靶材等。
蒸发源被加热到足够高的温度，使蒸发材料转化为气态。
3. 薄膜沉积：当蒸发源中的材料被加热到气态时，气态原子或分子会在真空中向基底表面运动，并在基底上沉积形成薄膜。
沉积的薄膜可以是金属、合金、半导体或其他材料。
4. 控制参数：真空蒸镀过程中的一些关键参数需要被控制，以获得所需的薄膜特性。
这些参数包括蒸发源的温度、沉积时间、真空度和基底温度等。
真空蒸镀热蒸发技术具有以下优点：
1. 高纯度：真空环境可以减少杂质的引入，提高薄膜的纯度。
2. 良好的一致性：该技术可以在大面积基底上实现均匀的薄膜沉积。
3. 可控性：通过控制蒸发源的温度和其他参数，可以调控薄膜的厚度、组成和结构。
4. 多功能性：可用于制备各种功能性薄膜，如金属膜、光学膜、导电膜等。
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。
真空蒸发镀膜蒸镀
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2. 残余气体对制膜旳影响
（1）残余气体旳蒸发速率Ng： N g 3.5131022
g Pg
M gTg
(13)
（2）到达基片旳气体分子与蒸气分子之比(面源)：
N g Pg Nd P
MT
r 2
Pg K
M gTg Acos cos P
(14) （ g）
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（2）电子束加热蒸发源 电子束集中轰击膜料旳一部分而进行加热旳措施。
图8.2.5 电子束加热蒸发源
电子束加热蒸发源由： 阴极、加速电极、阳极 （膜料）构成。
还有高频加热蒸发源、 激光蒸发源等。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
优点:
（1）能够直接对蒸发材料加热； （2）装蒸发料旳容器能够是冷旳或者用水冷却，从而 可防止
点e
4 r
cos 2
m cos 4 r 2
（7）
小型平面蒸发源： m cos cos t r 2
令： cos cos h / r h /
h2 x2 ，
在x=0处：cos=cos=1
m
∴ t0 4 h2 (点源) (9)
m
t0 h2
（8） (面源) (10)
(1/cm2·s)
(5)
小型圆平面源：
Nd
AN e
cos r 2
cos
(1/cm2·s)
(6)
β、θ为蒸气入射方向分别与蒸刊 登面和接受表面法向旳夹角 。
图8.2.3 、角旳意义
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（4）蒸发制膜旳厚度
∵τ时间内，蒸发材料旳总量：m =ANe，密度：
真空镀膜的三种形式
真空镀膜的三种形式真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀（也是金属反射膜的三种镀膜方式）。
1、蒸发镀膜(evaporation):通过在真空中加热蒸发某种物质使其产生金属蒸气沉积（凝聚）在固体表面成为薄膜，蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。
蒸发源1:电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状，通以电流加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质，电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。
蒸发源2:高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。
蒸发源3:电子束加热源：适用于蒸发温度较高（不低于2000℃）的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。
为了沉积高纯单晶膜层，可采用分子束外延方法，分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。
2、溅射镀膜(sputtering):用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。
通常将欲沉积的材料制成板材——靶,固定在阴极上，可溅射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。
溅射化合物膜可用反应溅射法，即将反应气体(O、N等)加入Ar气中,反应气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉积在基片上，沉积绝缘膜可采用高频溅射法。
新型的溅镀设备几乎都使用强力磁铁将电子成螺旋状运动以加速靶材周围的氩气离子化，造成靶与氩气离子间的撞击机率增加，提高溅镀速率。
一般金属镀膜大都采用直流(DC)溅镀，而不导电的陶瓷材料则使用射频（RF）交流溅镀。
3、离子镀(ion plating):蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子镀。
与溅镀类似，但是将基板与周围保持0.5~2KV的负电压，使基板的前端产生暗区(dark space)，在此状态下由蒸发源放出的金属蒸气在辉光放电的电浆(plasma)中形成离子，再被暗区加速后打到基板形成披覆。
真空热蒸镀原理
真空热蒸镀原理
一、真空热蒸镀原理是啥呢？
嗨，小伙伴们！今天咱们来唠唠真空热蒸镀这个超有趣的东西的原理哈。
真空热蒸镀呀，就是在真空环境里搞的一种镀膜的方法。
想象一下，在一个超级干净、几乎啥气体都没有的空间里，这就像是给那些要镀膜的材料一个超级纯净的舞台。
那这个过程是怎么发生的呢？首先得有个蒸发源，这个蒸发源就像是一个魔法源泉。
把要镀的材料放在这个蒸发源上加热，就像给材料加热到兴奋起来的状态。
当温度足够高的时候呢，这些材料就会从固态变成气态啦，是不是很神奇？就像冰变成水蒸气一样，只不过这个是在特殊的真空环境里哦。
然后呢，这些变成气态的材料分子就开始自由活动啦。
在这个真空环境里，它们没有太多的阻碍，可以自由自在地跑来跑去。
这时候，在这个空间里还有被镀的物体，那些气态的材料分子就会跑到被镀物体的表面上。
当这些气态分子跑到被镀物体表面的时候呢，它们就会重新组合，从气态又变回固态，就像水蒸气又变成冰一样，不过是薄薄的一层膜哦。
这样，就成功地在被镀物体表面镀上一层我们想要的材料啦。
这个原理在很多地方都有应用呢。
比如说在一些电子产品的屏幕上，通过真空热蒸镀可以镀上一层能够让屏幕显示效果更好的膜。
还有一些装饰品，通过这种方法镀上一层漂亮的金属膜，就会变得闪闪发光啦。
反正就是说，真空热蒸镀原理虽然听起来有点复杂，但是只要理解了这个从固态到气态再到固态的过程，就会觉得很有趣啦。
而且这个技术在我们的生活中无处不在，给我们带来了很多便利和美好的东西呢。
蒸镀机原理和基本工作流程
蒸镀机原理和基本工作流程
蒸镀机是一种常用于表面处理的设备，其原理主要是利用高温蒸汽将金属或其他物质蒸发成气体，然后沉积在待处理物体表面，形成一层均匀的薄膜。
蒸镀机在电子、光学、玻璃等工业领域有着广泛的应用。
蒸镀机的基本工作流程可以分为以下几个步骤：真空抽气、加热蒸发、沉积镀膜、冷却凝固和排气释放。
首先是真空抽气阶段，蒸镀机在工作前需要将工作室内部抽成真空状态，以确保蒸发材料能够自由蒸发并沉积在待处理物体表面。
然后是加热蒸发阶段，将蒸发源加热至一定温度，使其蒸发成蒸气。
蒸发源可以是金属块、合金丝等，根据需要选择不同的蒸发源材料。
接下来是沉积镀膜阶段，蒸发的金属蒸汽在真空室内沉积在待处理物体表面，形成一层均匀的薄膜。
冷却凝固阶段是为了使沉积在表面的薄膜迅速冷却凝固，从而保证薄膜的质量和稳定性。
最后是排气释放阶段，将真空室内的残余气体排出，释放压力，完成整个蒸镀过程。
蒸镀机的原理是利用热蒸发的方法，在真空环境下将金属或其他物质蒸发成气体，然后沉积在待处理物体表面。
蒸镀技术可以实现金属镀膜、陶瓷镀膜、光学薄膜等多种功能性镀膜，提高材料的表面硬度、耐磨性、光学性能等。
蒸镀机的基本工作流程是依靠真空技术和热蒸发技术实现的，通过不断优化和改进设备结构和工艺参数，可以实现更高效、更稳定的蒸镀过程，满足不同行业的表面处理需求。
在未来，随着材料科学和工艺技术的不断发展，蒸镀技术将在更多领域展现出其独特的优势和应用前景。
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。
真空蒸镀的详细介绍
真空蒸镀的详细介绍真空蒸镀即真空蒸发镀膜。
这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，气体压强达到10-2Pa以下加热镀料，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。
1.真空蒸镀原理（1）膜料在真空状态下的蒸发特性。
单位时间内膜料单位面积上蒸发出来的材料质量称为蒸发速率。
理想的最高速率Gm（单位为kg/（m²·s））∶Gm=4.38×10-3Ps（Ar/T）1/2，式中，T为蒸发表面的热力学温度，单位为K，Ps为温度T时的材料饱和蒸发压，单位为Pa，Ar为膜料的相对原子质量或相对分子质量。
蒸镀时一般要求膜料的蒸气压在10-2~10-1Pa。
材料的Cm通常处在10-4~10-1Pa，因此可以估算出已知蒸发材料的所需加热温度。
（2）蒸气粒子的空间分布。
蒸气粒子的空间分布显著地影响了蒸发粒子在基体上的沉积速率以及基体上的膜厚分布。
这与蒸发源的形状和尺寸有关。
最简单的理想蒸发源有点和小平面两种类型。
2.真空蒸镀方式（1）电阻加热蒸发。
它是用丝状或片状的高熔点金属做成适当形状的蒸发源，将膜料放在其中，接通电源，电阻加热膜料而使其蒸发。
对蒸发源材料的基本要求是高熔点，低蒸气压，在蒸发温度下不会与膜料发生化学反应或互溶，具有一定的机械强度。
另外，电阻加热方式还要求蒸发源材料与膜料容易润湿，以保证蒸发状态稳定。
常用的蒸发源材料有钨、钼、钽、石墨、氮化硼等。
（2）电子束蒸发。
电阻加热方式中的膜料与蒸发源材料直接接触，两者容易互混，这对于半导基体元件等镀膜来说是需要避免的。
电子束加热方式能解决这个问题。
它的蒸发源是e形电子枪。
膜料放入水冷铜坩埚中，电子束自源发出，用磁场线圈使电子束聚焦和偏转，电子轨迹磁偏转270°，对膜料进行轰击和加热。
（3）高频加热。
它是在高频感应线圈中放入氧化铝或石墨坩埚对膜材料进行高频感应加热。
感应线圈通常用水冷铜管制造。
此法主要用于铝的大量蒸发。
真空蒸镀工艺原理及蒸镀工艺
真空蒸镀工艺原理及蒸镀工艺
真空蒸镀工艺是一种常用的表面处理技术，广泛应用于电子、光学、化工、汽车、航空航天等领域。
该技术通过在真空条件下将金属或其他材料蒸发成蒸汽，然后沉积在基材表面形成一层薄膜，从而实现改变基材表面性质的目的。
真空蒸镀工艺的原理是利用真空蒸发原理和凝结原理，将材料蒸发成蒸汽后，在基材表面凝结形成一层薄膜。
蒸发源通常采用电子束加热或阻性加热的方法，将材料加热到其蒸发温度，在真空条件下将其蒸发成蒸汽。
蒸汽从蒸发源中流出，然后被导向到基材表面，经过冷却、凝固后形成一层薄膜。
真空蒸镀工艺的关键步骤包括：真空排气、加热蒸发、蒸汽输运和凝固沉积。
在真空排气阶段，需要将腔体内的气体排出，以达到足够低的背景气压；加热蒸发阶段需要将材料加热至其蒸发温度，以产生蒸汽；蒸汽输运阶段需要将蒸汽导向到基材表面，并保持稳定的输运速度；凝固沉积阶段需要将蒸汽冷却、凝固并沉积到基材表面形成薄膜。
在真空蒸镀工艺中，影响薄膜质量的因素包括材料纯度、蒸发源温控精度、蒸汽输运距离和时间、基材表面处理等。
为了获得高质量的薄膜，需要严格控制这些因素，并对工艺参数进行优化。
总之，真空蒸镀工艺是一种重要的表面处理技术，具有广泛的应用前景。
深入理解其原理及工艺参数对于提高薄膜质量和生产效率都具有重要意义。
真空蒸镀与真空溅镀工艺介绍
真 空 镀 膜 与 水 电 镀 的 对 比
方
镀层保护 常用压强 镀层材料 镀层光泽 镀层颜色 镀层密度 镀层硬度 镀层厚度 镀层孔隙度 镀层附着性 镀层均匀性 镀层导电性 自动化程度 镀膜方式 工件摆放 工件材质 环 保
相关问题：
1、真空蒸镀和真空溅镀的镀膜的吸附性差异的原因？
蒸镀是附着，溅射是正负电极的强烈吸附，所以溅射的吸附更均匀密度也更大硬度也大，价 格溅射比蒸镀要贵10%——20%。
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真空溅镀设备：
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真空镀膜的优缺点：
优点：
1、表面有较好的金属质感且细腻。 2、颜色较水电镀可解决七彩色的问题如魔幻蓝、闪银灯；水电镀颜色较单调，一般只有亮银、亚银等少数几种。 3、基材材质选用范围广，如PC、ABS、PMMA，（水镀只能选择ABS、ABS+PC）。 4、通过镀铟锡可做成半透的效果，灯光可以从产品中发出来。 5、不污染环境。
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真空镀膜：
真空镀膜是指在真空环境下，将某种金属（或者金属化合物）以气相的形式沉积到材 料表面（通常是非金属材料），属于物理气相工艺。
真空蒸镀 真空镀膜 真空溅镀 离子镀
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真空蒸发镀膜法（简称真空蒸镀）：
真空蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基材表面析出 的过程。
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ห้องสมุดไป่ตู้
相关问题：
4、为什么真空镀膜的镀铝不导电？
因为镀膜总共有三层，最外层的UV光油经UV照射后起到固化耐磨绝缘的作用，但是一旦这层膜被破坏就导电了。
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营销、技术中心：上海市徐汇区虹梅路1535号星联科研大厦2号楼8-11F 电话: 021-3119 6868 传真: 021-3119 6898 邮编: 200235 生产基地：江苏省海安县海安镇西园大道69号 电话: 0513-887 89820 传真: 0513-8878 9826 邮编: 226601
223真空蒸发镀膜
c)气相分子在衬底上的沉积几率接近100%。
➢ 代表性技术：蒸发镀膜、溅射镀膜；
➢ 技术特点：真空度高、沉积温度低、设备相对比较简单。薄膜质量可
控度小、表面容易不均匀。
真空蒸发镀膜
要点：
●真空蒸发原理
真空蒸发镀膜法(简称真空蒸
●蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
镀)是在真空室中，加热蒸发容
溅射等现象，实现物质原
子从源物质到薄膜的可控
转移的过程。
能量
块状材料 (靶材)
真空蒸发镀膜
物理气相沉积
➢ 方法的核心点：薄膜材料通过物理方法产生并输运到基体表面的镀膜
方法；
➢ 通常是固体或熔融源；
➢ 一般来说，在气相或衬底表面没有化学反应；
➢ 需要相对较低的气体压力环境：
a)其他气体分子对于气相分子的散射作用较小；
相当于热丝，由许多小平面蒸发源构成
真空蒸发镀膜
蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
温度高于临界温度的气态物质称为气体，低于临界温度的气态物质
称为蒸气。
注意：蒸气不是理想气体！只有在很低气压下，近似符合理想气体
方程。
真空蒸发镀膜
临界温度
不是沸点！
真空蒸发镀膜
饱和蒸气压(Saturation vapor pressure )：
在一定温度下，气、固或气、液两相平衡时，蒸气的压力称为
高。以金属铝为例，在一个大气压条件下，铝要加热到2400C才能
达到沸腾而大量蒸发，但在1.3mPa压强下，只要加热到847C就可以
大量蒸发。
一般材料都有这种在真空下易于蒸发的特性。
真空蒸发镀膜
蒸镀材料受热蒸发的速率由下式给出：
真空蒸发镀膜法
要提高薄膜的纯度，就要尽量减少残余气体分子的数量，即 提高镀膜系统的真空度。
分子平均自由程：
取温度为室温25度，平均自由程约为：
取P＝10-3Pa，λ≈667cm。中等大小的真空室，靶基板间距为 数十厘米。因此10-3Pa的真空已经能满足一般的镀膜要求， 即蒸发分子几乎不发生碰撞就到达衬底表面。
平均自由程要远大于实际行程（源－基板间距），碰撞几率才 能有效降低。平均自由程远大于靶基距时，被碰撞的分子百分数：
2.1.3蒸发速率
又有：
代入前式,微分可得：
结论： 1.蒸发速率主要决定于源温度，控制蒸发速率必须精确 控制蒸发源的温度。 2. 一旦超过蒸发温度，蒸发源温度的微小变化即可引起 蒸发速率发生很大变化。
2.1.4蒸发分子的平均自由程与碰撞几率
真空室有两种粒子：蒸发物质的分子/原子和残 余气体分子。由于P不可能为0，所以要考虑残余气 体分子对薄膜沉积的影响。
第二章 真空蒸发镀膜法
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
真空蒸发原理 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布 蒸发源的类型 合金及化合物的蒸发 膜厚和淀积速率的测量与监控
真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀，又称热蒸发法)： 在真空室中，加热蒸发源中的原材料（蒸发料，靶材 ）， 使其原子或分子从表面气化逸出，开成蒸气流，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。
2.1.2饱和蒸汽压与温度的关系
在一定温度下，固液平衡时所形成的压 强。 不同物质的饱和蒸汽压不同。 饱和蒸汽压随温度升高而增大。 某一物质在饱和蒸气压为10-2Torr （1.33Pa）时的温度，称为蒸发温度。
上式即为饱和蒸汽压与温度的近似关系式，在P<133Pa 的较窄的温度范围内，此式比较精确。实际上，它们的关 系通常用实验测定，即A，B值用实验得到。
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一般采用高熔点金属如钨、钽、钼等材质，常作成螺旋丝状或箔舟状，如图 8.2.4所示。
特点：结构简单，造价低，使用广泛；存在污染，也不能蒸镀高Tm材料。
图8.2. 4 各种电阻加热蒸发源
螺旋丝状加热器要求熔融的蒸发料能 够浸润螺丝或者有足够的表面张力以 防止掉落，它的优点是可以从各个方 向发射蒸气。 箔舟状加热器的优点是可蒸发不浸润 加热器的材料，效率较高（相当于小 型平面蒸发源），缺点是只能向上蒸 发。
（2）电子束加热蒸发源 电子束集中轰击膜料的一部分而进行加热的方法。
图8.2.5 电子束加热蒸发源
电子束加热蒸发源由： 阴极、加速电极、阳极 （膜料）组成。
还有高频加热蒸发源、 激光蒸发源等。
优点:
（1）可以直接对蒸发材料加热； （2）装蒸发料的容器可以是冷的或者用水冷却，从而 可避免
材料与容器的反应和容器材料的蒸发；
（1）
∵ ∴
积分：
VV汽V固 、液V汽P 1R， T
dP dT
PLV RT 2
lnpALV 1 RT
（2）
图8.2.2 几种材料的蒸气压——温度曲线
（3）蒸发速率和凝结速率
① 蒸发速率Ne：
——热平衡条件下，单位时间内，从蒸发源每单位 面积上射出的平均原子数。
N e1 4n 2P mk 3 T .51 13202M P （T1/cm2·s） (3)
gPg
MgTg
(13)
（2）到达基片的气体分子与蒸气分子之比(面源)：
NgPg Nd P
M M gTgT Acor2 csosP P gK (14)
（ g）
讨论：减小污染的途径
1）Pg越小，Ng/Nd小，污染小； Nd较大， Ng/Nd小，污染小；
2） 大，cos 小，污染大；远离中心处的膜片薄，污染大，膜生长速率 低，质量不好；
设：物质含A，B成分，MA、MB，PA、PB， 则由（3）式，得 ：
NA CA PA MB
(14)
NB CB PB MA
改进工艺：
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，引入活阻加热蒸发源
（ 3 ） 可 蒸 发 高 熔 点 材 料 ， 例 如 ： 钨 （ Tm=3380℃ ） 、 钼 (Tm=2610℃)和钽（Tm=3000℃）等耐热金属材料。
缺点：
（1）装置复杂； （2）只适合于蒸发单元元素； （3）残余气体分子和蒸发材料的蒸气会部分被电子束电离。
5. 真空蒸镀工艺
（1）蒸镀合金膜
∴ 膜厚：
点蒸发源： tN a4 A N re2 cosm 4cro2 s
（7）
小型平面蒸发源：
t
mcos co r2
s
令：c oc s o s h /rh / h 2x 2，
在x=0处：cos=cos=1
m
∴ t0 4 h2 (点源) (9)
m
t0
h2
（8） (面源) (10)
(9) 代入(7)，可得 ：
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
tm 4cr2o s4m h2h r2 2co st0h r3 3
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)
t0可以测量，x↗,t↘
2. 残存气体对制膜的影响
（1）残存气体的蒸发速率Ng：
Ng 3.5131022
§8.2 物理汽相沉积（PVD）
物理气相沉积
—— Physical Vapor Deposition 缩写为： PVD； 通常用于沉积薄膜和涂层 沉积膜层厚度：10-1nm～mm； 一类应用极为广泛的成膜技术，从装饰涂层到 各种功能薄膜，涉及化工、核工程、微电子以 及它们的相关工业工程。 蒸发沉积（蒸镀）、溅射沉积（溅射）和等。
一、真空蒸发镀膜（蒸镀）
蒸镀——利用真空泵将淀积室抽成“真空”，然后用高熔
点材料制成的蒸发源将淀积材料加热、蒸发、淀积于基片 上。
特点： （1）操作方便，沉积参数易于控制； （2）制膜纯度高，可用于薄膜性质研究； （3）可在电镜监测下进行镀膜，可对薄
膜生长过程和生长机理进行研究。 （4）膜沉积速率快，还可多块同时蒸镀； （5）沉积温度较高，膜与基片的结合强
会产生分馏，对策——连续加料，调节熔池成分 例如：镀A4B1 膜，已知：PA 0:PB 010:1 0
控制镀料成分：A1B25, 保证：P A :P B 10 :20 5 4 :1 A4B1膜料成分 若：一次性加料，A消耗快； ∴ 连续加料，保证熔池料为 A1B25, 从而膜料成分为A4B1；
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。
（2）封闭体系内的P—T关系： dP Lv dT TV
设：a. 忽略碰撞，直线运动； b. Ar
点源,球面发射： Na A4Nerc2os (1/cm2·s)
(5)
小型圆平面源： Nd AN ecro2scos (1/cm2·s)
(6)
β、θ为蒸气入射方向分别与蒸发 表面和接收表面法向的夹角 。
图8.2.3 、角的意义
（4）蒸发制膜的厚度
∵τ时间内，蒸发材料的总量：m =ANe，密度：
成立条件：S<几个cm2，且P<1Pa 质量蒸发速率G：
——单位时间内，从单位面积上蒸发的质量。
G C m N eC N M 0N e5 .8 3 3 1 0 (g 2 /cP m2·M s) /T
(4)
② 凝结速Na：
——蒸发源对基片单位面积的沉积速率。
Na与系统的几何形状、源与基片的相对位置、蒸发速率有关