离子镀和离子束沉积
表面离子注入与沉积
表面离子注入与沉积表面离子注入与沉积是一种常见的材料加工技术，通过将离子注入到材料的表面，可以改变材料的物理和化学性质，从而实现对材料的功能性改进。
本文将从离子注入和沉积的原理、应用领域以及未来发展方向等方面进行介绍。
一、离子注入的原理离子注入是利用离子束对材料表面进行轰击，将离子注入到材料中的一种技术。
离子束可以由离子源产生，通过加速器加速后，聚焦成束并打到材料表面。
离子束在与材料表面相互作用时，会产生各种效应，如能量转移、原子与原子的相互作用等。
这些效应会导致材料表面的物理和化学性质发生变化。
离子注入可以改变材料的表面形貌、硬度、耐磨性、摩擦系数等性质。
通过选择不同的离子种类和能量，可以实现对材料的定向改变。
离子注入还可以提高材料的电导率、光学性质、磁性等特性，从而拓宽材料的应用范围。
二、离子注入的应用领域离子注入技术在多个领域都有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：1.半导体器件制造：离子注入可以用于制造半导体器件中的PN结、电阻等区域。
通过控制离子注入的能量和剂量，可以实现对半导体材料的掺杂和局部改变。
2.光学薄膜制备：离子注入可以用于制备光学薄膜材料，如反射膜、透明导电膜等。
通过离子注入，可以提高薄膜的透明性和耐磨性，从而提高光学器件的性能。
3.材料改性：离子注入可以用于改变材料的表面性质，如硬度、摩擦系数等。
通过离子注入，可以使材料具有更好的耐磨性和耐腐蚀性，提高材料的使用寿命。
4.医疗器械：离子注入可以用于改善医疗器械的表面性能，如减少摩擦、改善耐磨性等。
通过离子注入，可以使医疗器械具有更好的生物相容性和抗菌性。
5.能源材料：离子注入可以用于改善能源材料的性能，如提高锂离子电池的电导率、延长电池寿命等。
通过离子注入，可以提高能源材料的储能密度和循环稳定性。
三、离子注入与沉积的发展方向离子注入与沉积技术在材料科学和工程领域有着广泛的应用前景。
随着材料科学的不断发展和需求的不断增加，离子注入与沉积技术也在不断更新和完善。
离子束沉积
离子束沉积离子束沉积技术是一种利用高能量离子束对目标表面进行沉积技术。
这项技术可用于形成薄膜、涂层、晶体等多种形式的材料。
离子束沉积技术可以实现准确、快速和低成本的产品制造。
离子束沉积具有很高的精度和质量可靠性，因此在很多行业得到了广泛应用。
离子束沉积技术的基本原理是将高能量的离子束投射到目标表面上，离子束投射的过程中，离子束会带电离子，电离子带有一定量的能量，电离子中的能量会转化为目标表面的晶体结构，从而形成表面层。
离子束沉积技术可用于直接在目标表面上制造新的结构，可以实现精细的调节和细化知觉，有利于产品精度的提高。
离子束沉积技术有许多优点，其中首先要指出的是精度高、质量可靠、产品性能稳定可靠。
离子束沉积技术可用于微细加工、精细结构的制造、无损测试、复杂三维结构的制造等。
其次，离子束沉积技术所采用的离子投射方式，耗电量少，可以节约大量的能源，也有利于环境的保护。
最后，离子束沉积技术可以避免热情况下产品结构的变形，制造过程中没有大量的有害气体产生，安全性更高。
离子束沉积技术已经在航空航天、电子电器、光电、医疗器械等多个领域得到了广泛应用。
在航空航天领域，离子束沉积技术可用于制造航空航天器的结构件，如导弹外壳、卫星外壳、发动机叶片等，可以大大降低重量和减少摩擦，从而提升航空航天器的性能。
在电子电器领域，离子束沉积技术可以快速地生产出特殊电子元件，具有高精度、高可靠性以及耐高温和耐冲击等特点，可用于制造汽车、工业控制器、太阳能电池等电子元件。
此外，离子束技术也可用于制造高质量的医疗器械，如胸管、肝管等，可有效改善人类的健康水平。
综上所述，离子束沉积技术在多个行业得到了广泛应用。
离子束沉积技术具有准确、快速和低成本的特性，可以有效改善产品的精度、质量和可靠性。
多弧离子镀磁控溅射复合沉积
多弧离子镀磁控溅射复合沉积
多弧离子镀磁控溅射复合沉积是一种先进的表面处理技术，常用于制备功能性薄膜材料。
其工艺过程包括离子镀、磁控溅射和复合沉积三个步骤。
在离子镀步骤中，将基片作为阴极放置在离子源中，通过电弧放电或射频加热使金属阳极材料释放离子。
离子在离子源内被加速并排列成束，然后通过减速器进入装置的真空室。
离子束在进入真空室后会被聚焦并沉积在基片表面，形成均匀的金属薄膜。
这一步骤可以提高基片表面的粗糙度和增加表面活性位点数量。
在磁控溅射步骤中，将基片作为靶材放置在溅射室中，真空室内注入惰性气体（如氩气）。
通过电弧放电或射频放电，使靶材表面产生高温等离子体，使靶材表面的原子或分子离开靶材并冲击基片表面。
这个过程可以形成一层均匀致密的薄膜，增加基片表面的硬度和抗腐蚀性能。
复合沉积步骤是将离子镀和磁控溅射两个步骤结合起来，以更好地改善薄膜的性能。
通常先进行离子镀步骤，增加基片表面的活性位点数量，然后再进行磁控溅射步骤，形成一层均匀的薄膜。
这种复合沉积可以延长薄膜的使用寿命，提高其机械强度和耐磨性。
多弧离子镀磁控溅射复合沉积技术具有较高的沉积速率、良好的薄膜质量和复杂化学成分的调控能力。
它广泛应用于光学薄
膜、电子薄膜、功能性涂层等领域，如太阳能电池、显示器件和传感器等。
电磁场控制的电弧离子镀弧源设计及沉积工艺的研究
电磁场控制的电弧离子镀弧源设计及沉积工艺的研究电磁场控制的电弧离子镀弧源设计及沉积工艺的研究一、引言在现代工业生产中，电弧离子镀（Arc Ion Plating，本人P）技术以其高效、环保、表面改性效果好等特点被广泛应用于金属、陶瓷、玻璃等材料表面的处理。
而电弧离子镀的关键核心装置就是电弧源。
而在电弧源的设计中，电磁场控制的技术应用更是提高了离子镀的性能。
二、电弧源的基本结构1. 传统电弧源的结构组成传统的电弧源由阴极、阳极和电弧区组成，电弧区是电弧源的核心部分，也是电弧发生的地方。
在电弧区产生的电弧通过高温、高能量的离子束照射到材料表面，从而实现表面的改性处理。
2. 电磁场控制的电弧源结构电磁场控制的电弧源在传统电弧源的基础上增加了电磁场的控制装置，通过电磁场的作用，使电弧区形成稳定、均匀的电弧，提高了电弧的稳定性和能量密度，从而提高了离子镀的效果。
三、电弧源的电磁场控制原理1. 磁场控制电弧的作用通过在电弧源周围加上磁场，可以控制电弧的弧焰形状和大小，提高电弧的稳定性和均匀性，使得电弧能够更集中地照射到材料表面，从而提高了离子镀的效率和质量。
2. 磁场控制的影响因素磁场控制电弧的效果受到多个因素的影响，包括磁场的强度、方向、形状等因素，以及电弧源的工作状态等。
通过合理调节这些因素，可以实现最佳的电弧控制效果。
3. 电弧源与磁场控制的结合在电弧源的设计中，合理地加入磁场控制装置，并通过精密的电磁场控制系统，可以实现对电弧的准确控制和精细调节，从而提高离子镀的效果和稳定性。
四、电弧离子镀工艺的研究1. 电弧离子镀的基本原理电弧离子镀是一种表面处理技术，通过离子束对材料表面进行改性处理。
在电弧离子镀中，离子束的能量和流密度是影响镀层质量的重要因素。
2. 电弧离子镀的沉积工艺在电弧离子镀的实际工艺中，除了电弧源的设计外，气氛控制、工艺参数的选择和控制、基材的预处理等都对镀层的形成和性能有重要影响。
通过合理的工艺设计和控制，可以获得具有良好性能的表面镀层。
离子束和离子助
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离子束沉积
定义 在离子束沉积过程中，所希望的膜材 料被离化，具有高能量的膜材料离子 被引入到高真空区，在达到基片之前 被减速，以实现低能直接沉积。
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离子束沉积
原理
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离子束沉积
实例 Appleton等人 在Si，Ge基片上，高质量外延 生长了Si,Ge。
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离子束和离子助
普通真空镀膜
普通真空镀膜时，工件夹固在真空罩内，当高温蒸发源通 电加热后，促使待镀材料蒸发。由于升温，蒸发料粒子获 得一定动能，则沿着视线方向徐徐上升，最后附着于工件 表面上堆积成膜。
真空镀膜
离子束和离子助
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目录
1
离子束沉积
2
离子辅助沉积
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离子辅助沉积——2、阴极电弧等离子体沉积
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离子辅助沉积——3、热空阴极枪蒸发
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离子辅助沉积——4、非平衡磁控离子轰击
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离子辅助沉积——5、共离子轰击沉积
实验条件：沉积温度为400oC 离子束能量35Kev 真空室气压10-9Torr 在真空中安装了减速透镜和样品架 实验结果： 沉积率为1-5nm/min 对样品进行测试和分析，得基片上获 得均匀、连续且各向同性的高纯薄膜。 Your company slogan
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1
离子束沉积
2
离子辅助沉积
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镀膜玻璃的技术原理
镀膜玻璃的技术原理
镀膜玻璃是在玻璃表面涂覆一层薄膜，这层薄膜可以具有不同的功能，如防反射、隔热、隔音等。
其技术原理主要有以下几点：
1. 蒸镀法：通过在真空环境下，将金属或化合物材料加热至升华或熔化状态，然后以极高速度沉积在玻璃表面。
该方法主要适用于金属膜的制备。
2. 离子镀法：利用离子束照射的方式，将金属或化合物材料加热至气化状态，然后在玻璃表面形成薄膜。
离子束的照射可以提高薄膜的致密性和附着力，使其具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
3. 化学镀法：通过化学反应在玻璃表面生成薄膜。
具体的方法有浸渍法、溶胶凝胶法、离子交换法等。
这些方法在制备过程中可以控制膜层的成分和结构，从而获得具有特定功能的薄膜。
薄膜的功能性质主要取决于薄膜的成分和结构。
例如，利用特定材料可以使薄膜具有高反射或低反射的特性，提高光学透光性；通过控制薄膜厚度和组成，可以实现隔热、隔音的效果。
半导体工艺 离子注入 沉积
半导体工艺离子注入沉积半导体工艺是制造半导体器件的过程，其中离子注入和沉积是两个重要的工艺步骤。
本文将介绍半导体工艺中离子注入和沉积的原理、应用以及相关的技术发展。
一、离子注入离子注入是一种将离子束注入半导体材料中的技术。
该过程通过加速器将离子加速到高能量，然后将离子束定向注入到半导体材料中。
离子注入的主要作用是改变半导体材料的电学性质，如掺杂材料以改变其导电性能。
离子注入过程中，离子束的能量和注入剂量是两个重要参数。
能量决定了离子注入的深度，而注入剂量则决定了注入的浓度。
通过调节这两个参数，可以实现对半导体材料的精确掺杂，从而满足不同器件的要求。
离子注入广泛应用于半导体工业中，常见的应用包括：掺杂形成PN结、改变半导体材料的导电性能、修复晶体缺陷等。
离子注入技术的发展也为半导体器件的制造提供了更大的灵活性和精确性。
二、沉积沉积是一种将材料沉积在表面形成薄膜的工艺。
在半导体制造中，常见的沉积技术包括化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等。
化学气相沉积是利用气相反应使气体中的原子或分子在表面沉积形成薄膜的过程。
该技术可以实现对薄膜的组成、厚度和均匀性的精确控制。
化学气相沉积广泛应用于制备硅氧化物、多晶硅、氮化硅等薄膜，是半导体器件制造中不可或缺的工艺步骤。
物理气相沉积是通过物理方法使固态材料蒸发或溅射，并在表面形成薄膜。
这种技术常用于制备金属薄膜，如铝、铜、钨等。
物理气相沉积具有高沉积速率和良好的薄膜质量，适用于制备金属导线、电极等器件结构。
沉积技术在半导体工艺中扮演着重要的角色。
薄膜的质量和均匀性对器件的性能有重要影响，因此沉积工艺的优化和控制非常关键。
三、技术发展随着半导体工艺的不断发展，离子注入和沉积技术也在不断改进和创新。
目前，离子注入技术趋向于高能量和低剂量注入，以减小材料的损伤和提高器件性能。
而沉积技术则在实现高均匀性、高速率和低温沉积方面取得了重要进展。
随着半导体器件不断向微纳米尺寸发展，离子注入和沉积技术也面临着新的挑战。
离子镀技术制备薄膜
离子镀的原理 离子镀的特点 离子轰击的作用 离子镀的类型
3.1 离化 PVD 技术
一、概念：通过将成膜材料高度电离化形成膜材料离子，从而其增加 沉积动能，并使之高化学活性状态下沉积薄膜的技术。 二、出发点： 以其它手段激发沉积物质粒子，然后使之与高度电离的等离子体交 互作用 (类似 PECVD)，促使沉积粒子离化，使之既可被电场加速而获 得更高动能，同时在低温状态下具有高化学活性。 三、基本特点： 大多数是蒸发/溅射 (气相物质激发) 与 等离子体离化过程 (赋能、 激活) 的交叉结合！ 蒸发：速度快、结合力较低、薄膜致密性差、厚度均匀性差 溅射：速度慢、结合力较高、薄膜较致密、厚度均匀
离子镀膜技术——离子轰击的作用
破坏表面晶格 离子轰击产生的缺陷很稳定的话，表面的晶体结构 就会被破坏而成为非晶态 气体掺入 不溶性气体的掺入能力决定于迁移率、捕获位置、 基片温度及淀积粒子的能量大小 非晶材料 表面形貌变化 表面粗糙度增大，溅射率改变 温度升高
如图所示 ≈ 电阻蒸发 + 三 极溅射 引入热阴极（第三 极）的作用： 发射更多 电子，气体离化率、等 离子体荷电密度
离子镀膜技术——离子镀膜的类型
特点：
（ 1 ）二阴极法中放电开始的气压为 10-2Torr 左右，而
多阴极法为10-3Torr左右，可实现低气压下的离子镀膜。真 空度比二级型离子镀的真空度大约高一个数量级。所以， 镀膜质量好，光泽致密 （2） 二极型离子镀膜技术中，随着阴极电压降低，放 电起始气压变得更高；而在多阴极方式中，阴极电压在 200V就能在10-3 Torr左右开始放电。
离子镀膜技术——离子镀膜的类型
直流二极型离子镀
直流二极型离子镀的 特征是利用二极间的辉光 放电产生离子、并由基板
镀膜工作原理
镀膜工作原理镀膜是一种常见的表面处理技术，通过在物体表面涂覆一层薄膜，可以改变物体的外观、性能和功能。
镀膜广泛应用于各个领域，如光学、电子、汽车等。
本文将详细介绍镀膜的工作原理及其应用。
一、镀膜的工作原理镀膜的工作原理基于物理或化学反应，通过在物体表面形成一层薄膜来改变物体的性能。
常见的镀膜方法包括物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，简称PVD）、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）、电镀等。
1. 物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是利用高能粒子轰击物体表面，使其表面原子脱离并沉积在物体表面形成薄膜的过程。
常见的物理气相沉积方法有蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜等。
蒸发镀膜是将材料加热至其蒸发温度，使其蒸发成气体，然后在物体表面冷凝形成薄膜。
溅射镀膜是将材料靶放置在真空室中，通过离子轰击靶材，使其表面原子脱离并沉积在物体表面。
离子镀膜是利用离子束轰击物体表面，使其表面原子脱离并沉积在物体表面。
2. 化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是利用化学反应在物体表面生成薄膜的过程。
常见的化学气相沉积方法有热CVD、低压CVD和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）等。
热CVD是将反应气体引入反应室中，通过热分解或化学反应在物体表面生成薄膜。
低压CVD是在较低的压力下进行化学反应，使反应气体在物体表面沉积形成薄膜。
PECVD是在等离子体的作用下进行化学反应，使反应气体在物体表面沉积形成薄膜。
3. 电镀电镀是利用电解质溶液中的金属离子在电极表面沉积形成金属薄膜的过程。
电镀通常包括阳极（被镀物）、阴极（电镀金属）和电解质溶液。
通过在电解质溶液中施加电流，金属离子会在阳极表面还原成金属原子，并沉积在阴极表面形成金属薄膜。
二、镀膜的应用镀膜广泛应用于各个领域，具有多种功能和效果。
1. 光学领域在光学领域，镀膜被用于改善光学器件的透过率、反射率和抗反射性能。
真空离子镀膜原理
真空离子镀膜，也称为真空离子涂层或离子束镀膜，是一种高级表面处理技术，用于在固体材料表面沉积一层均匀、致密的薄膜。
该技术基于离子束在低压高真空环境中的物理沉积过程。
以下是真空离子镀膜的基本原理：
1. 创建离子束：
在真空离子镀膜系统中，首先需要创建一个高真空环境。
然后，将蒸发源（通常是固体或液体材料）置于真空室内，并通过电子枪或其他加热方法使其蒸发。
蒸发材料释放的蒸汽中的原子或分子在高温下获得足够的动能，部分原子或分子被蒸发源表面的电离场电离，形成带电的离子。
2. 加速离子：
带电的离子在电场的作用下被加速，形成高能离子束。
离子的能量通常在几十到几百电子伏特（eV）之间，足以使离子穿透蒸发材料并克服气体阻力。
3. 沉积薄膜：
高能离子束在经过蒸发材料时，会与材料表面相互作用，一部分离子会被反射，而另一部分离子会穿过蒸发材料并与基底材料表面碰撞。
这些离子与基底表面的原子发生碰撞，将能量传递给基底原子，导致原子迁移并重新排列，从而在基底表面形成一层新的薄膜。
4. 控制沉积过程：
整个过程可以通过控制蒸发源的材料、温度、蒸发速率、离子束的加速电压、束流密度和真空度等参数来实现，以获得具有特定成分、结构和性能的薄膜。
5. 后处理：
沉积完成后，薄膜可能需要经过后续的热处理或其他工艺步骤，以改善其结构和性能。
真空离子镀膜技术可以用于制备各种类型的薄膜，如金属薄膜、合金薄膜、氧化物薄膜等，广泛应用于半导体制造、光学元件、耐磨涂层、生物医学等领域。
阴极电弧离子镀原理
阴极电弧离子镀原理阴极电弧离子镀是一种表面处理技术，它利用离子束轰击金属工件表面，将高纯度的金属离子沉积在工件表面上，从而形成一层致密、均匀、具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性的金属涂层。
该技术广泛应用于汽车、航空航天、电子等领域，以提高产品的使用寿命和性能。
原理：阴极电弧离子镀主要由以下几个步骤组成：1. 真空环境：在真空环境下进行阴极电弧离子镀，可以避免氧气等杂质对涂层质量的影响。
2. 阴极材料：选择适当的阴极材料是制备高质量涂层的关键。
通常采用钼、钨等耐高温材料作为阴极。
3. 电弧放电：通过直流或脉冲直流供电，使阴极产生电弧放电。
这会使得阴极表面升温并发生熔化，同时产生大量的阳离子和中性原子。
4. 离子轰击：电弧放电产生的高能离子束被加速器加速，然后轰击到工件表面。
离子束的能量越高，轰击效果越好。
5. 沉积：离子束轰击到工件表面后，会在表面形成一层薄膜。
这些离子在表面结构上重新排列，从而形成一层致密、均匀、具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性的金属涂层。
优点：阴极电弧离子镀具有以下优点：1. 高质量涂层：由于离子束能够精确地控制沉积过程，因此形成的涂层具有致密、均匀、高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性等特点。
2. 高效率：相较于其他表面处理技术，阴极电弧离子镀具有较高的生产效率和良好的重复性。
3. 适用范围广：该技术可以用于各种材料的表面处理，包括金属、陶瓷、塑料等。
4. 环保节能：由于该技术是在真空环境下进行的，因此不会产生废气、废水等污染物，具有较好的环保效益。
缺点：阴极电弧离子镀也存在以下缺点：1. 设备成本高：制备阴极电弧离子镀设备需要高端技术和复杂的工艺流程，因此设备成本较高。
2. 镀层厚度受限：由于离子束轰击过程中，离子束只能沉积在表面一定深度范围内，因此涂层厚度受到限制。
3. 涂层质量受到工艺参数影响：涂层质量受到许多工艺参数的影响，如离子束能量、轰击时间、沉积速率等。
如果这些参数不能得到精确控制，则可能会影响涂层质量。
多弧离子镀膜的原理
多弧离子镀膜的原理多弧离子镀膜是一种常用的表面处理技术，它通过在材料表面形成一层薄膜来改变材料的物理和化学性质。
本文将详细介绍多弧离子镀膜的原理及其应用。
多弧离子镀膜是一种物理气相沉积技术，主要用于在材料表面形成一层均匀、致密的薄膜。
其原理基于离子的碰撞和沉积过程，通过控制离子束的能量、角度和沉积速率来实现对薄膜的控制。
多弧离子镀膜主要包括四个基本步骤：蒸发材料、离子化、加速和沉积。
首先，选择所需的材料作为镀膜材料，通常是金属或陶瓷材料。
然后，使用电弧等方法将材料蒸发，并形成高温等离子体。
接下来，将离子化的材料加速到高速，并通过磁场引导离子束沉积到待处理的材料表面上。
最后，离子束在材料表面上沉积形成一层薄膜。
多弧离子镀膜具有许多优点。
首先，它可以在低温下进行，避免了材料的热膨胀和变形。
其次，镀膜薄而致密，具有优异的附着力和耐磨性。
此外，多弧离子镀膜还可以改善材料的光学、电学和磁学性能，提高材料的表面硬度和耐腐蚀性。
多弧离子镀膜广泛应用于各个领域。
在光学领域，它可用于制备反射镜、透镜和滤光片等光学元件。
在电子领域，它可用于制备导电膜、防反射膜和光电薄膜等。
在机械领域，它可用于制备耐磨涂层、防腐蚀涂层和摩擦减少涂层等。
此外，多弧离子镀膜还可以用于制备生物医学材料、太阳能电池和光伏材料等。
多弧离子镀膜的成功应用离不开对离子束的控制。
离子束的能量、角度和沉积速率对薄膜的性能和质量具有重要影响。
因此，优化离子束的控制参数是保证薄膜质量的关键。
在实际应用中，通过调整沉积时间、离子束能量和角度等参数，可以实现对薄膜的定制化。
多弧离子镀膜是一种重要的表面处理技术，通过在材料表面形成一层薄膜来改变材料的物理和化学性质。
它具有广泛的应用领域和良好的薄膜质量。
未来，随着科学技术的不断进步，多弧离子镀膜技术将进一步发展，为各个领域的应用提供更多可能性。
离子镀和离子束沉积课件
离子镀和离子束沉积在沉积速率、涂 层质量和应用范围等方面存在差异。 离子镀的沉积速率较高，但涂层质量 相对较差；离子束沉积的涂层质量较 好，但沉积速率较慢。此外，两种技 术在应用范围上也有所不同，离子镀 在工业生产中广泛应用，而离子束沉 积则更多应用于科学研究和高技术领 域。
技术发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高 ，离子镀和离子束沉积技术也在不断发展。
02
离子镀技术
真空镀膜技术
01
02
03
真空技术原理
真空技术是离子镀和离子 束沉积的基础，涉及抽真 空、气体控制和测量等环 节。
真空获得技术
包括机械泵、扩散泵、油 扩散泵和涡轮分子泵等， 用于获得高真空环境。
真空测量技术
通过测量各种气体压力参 数，如真空度、漏率等， 确保镀膜过程的稳定性和 可控性。
目前，技术发展的趋势主要包括提高涂层质 量、降低成本、开发新材料和拓展应用领域 等方面。例如，采用新型的电源技术和控制 系统可以提高涂层质量和沉积速率，同时降 低能耗和生产成本；开发新型的靶材和气体 源可以扩展技术的应用范围；探索与其他表 面处理技术的结合可以创造出更优异的表面
性能。
未来展望
离子镀和离子束沉积技术作为先进的表面处理技术，在未来仍具有广阔的发展前景和应用潜力。
离子束沉积工作原理
通过高能离子束轰击固体靶材，使靶材表面的原子或分子获得足够的能量而脱 离靶材表面，并沉积在基材表面形成涂层。
应用领域
离子镀应用领域
广泛应用于航空航天、汽车、电子、 光学等领域，用于提高材料表面的硬 度、耐磨性、耐腐蚀性以及附着性等 。
离子束沉积应用领域
主要用于制备高品质的薄膜材料，如 硬质涂层、光学薄膜、磁性薄膜等。 在微电子、光电子、生物医学等领域 有广泛应用。
离子镀原理
离子镀原理
离子镀原理是一种利用离子在电场作用下沉积到基体表面形成薄膜的过程。
离子镀可以用于在金属、非金属和有机物的表面上镀覆不同材料的薄膜。
离子镀的过程可以分为一下几个步骤：
首先，需要一个离子源，通常使用离子源设备产生离子束。
离子源可能是一个离子火花源、离子枪或者离子源发射器，它们可以产生高能离子束。
其次，离子束需要被加速并聚焦到基体表面。
为此，常使用离子加速器和聚焦设备来实现。
当离子束到达基体表面时，它们会和表面原子发生碰撞和相互作用。
这样，离子的动能会转移给表面原子，使其具有足够的能量跃迁到基体表面。
最后，表面原子沉积到基体上形成薄膜。
离子的撞击和能量转移使得表面变得活性，可以吸附和沉积额外的离子。
这个过程可以反复进行，直到薄膜达到所需的厚度。
离子镀的好处包括镀层的致密性和均匀性。
离子束可以使镀层更加致密，降低表面缺陷和孔隙的形成。
此外，离子束可以控制镀层的成分和晶体结构，从而改善薄膜的性能。
总的来说，离子镀利用离子在电场作用下沉积到基体表面形成
薄膜的原理。
通过控制离子束的能量和聚焦，可以实现高质量、均匀和致密的薄膜镀层。
离子溅射镀膜与离子镀过程原理是一样的
离子溅射镀膜与离子镀过程原理是一样的离子溅射镀膜与离子镀过程原理相同离子溅射镀膜和离子镀过程都是利用离子束轰击靶材或基材表面，改变材料表面化学和物理性质的方法。
具体来说，离子溅射镀膜技术是指在真空环境下，向靶材注入高能离子，离子束轰击靶材表面，将靶材表面的原子或离子溅射出来，并沉积在基材表面形成薄膜；而离子镀技术则是将两个金属材料作为阳极和阴极，放入离子镀电池中，通过电解质中的离子来使阳极材料的原子或离子沉积在阴极表面，形成一层薄膜。
离子束轰击的相同机理离子束轰击过程是一种能量转换过程，其机理是离子束加速后，与靶材相互作用。
离子束撞击在靶材表面时，将一定能量转移给靶材原子或分子，使其发生位移、碰撞、散射等过程，最终导致物理和化学变化，产生溅射和沉积现象。
离子束轰击时靶材表面原子的畸变、位移和损伤是非常显著的，同时离子束轰击还可以使模板表面形貌产生变化，从而导致薄膜形貌随之变化，这是离子束轰击技术非常有潜力的地方。
离子束轰击的相同特点离子束轰击在制备薄膜方面具有很多优点，与其他制备方法相比，有以下特点：1. 动能范围广，可以制备不同厚度和质量的薄膜。
2. 离子束雏形小、聚拢性好，容易加工控制。
3. 离子束轰击制备薄膜可以在较低温度下完成，可以制备大尺寸均匀膜层。
4. 离子束轰击镀膜的厚度可以在线性区范围内一次性完成，制备速度快。
总结在实际应用中，不同的材料、设备和操作参数都会在离子束轰击过程中产生不同的影响，因此在离子镀过程中需要根据实际情况做出相应的选择和调整。
尽管离子溅射镀膜和离子镀过程可以相互替代，但它们在应用中还是有各自的独特优势，需要根据具体应用场景进行选择。
两种技术被广泛应用于半导体、光电器件等工业和科研领域。
第7章 离子镀和离子束沉积
基体成分的不同。 6）表面形貌变化。表面经离子轰击后，无论晶体和非晶体基片的表面形
貌，将会发生很大的变化，使表面粗糙度增大，并改变溅射率。 7）温度升高。因为轰击离子的绝大部分能量都变成热能。
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离子轰击在离子镀中的作用
第七章 离子镀和离子束沉积
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离子镀概述
➢ 定义：离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体 或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离 子轰击作用的同时把蒸发物或者反应物沉积在基片上。
➢ 特点：
1. 把气体的辉光放电、等离于体技术与真空蒸发镀膜结合 在一起；
2. 附着性好－表面清洗；沉积＋溅射 3. 密度高－离子轰击，形成致密结构 4. 绕射性－离化后的正离子沿电力线方向运动 5. 材料范围宽－金属、非金属、合成材料、敏感材料 6. 易于化合物膜层的形成－活性增加 7. 沉积速率高，成膜速度快
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离子束沉积
➢ 离化团束沉积
• 膜层致密，附着力 强，结晶性好
• 对基板及薄膜损伤 小，可用于制备半 导体膜和磁性膜等 功能薄膜
• 可大量输运蒸镀原 子，沉积速率高
• 可独立调节各个实 验参数，镀膜过程 及薄膜性能可控
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离子束沉积
➢ 离子束辅助沉积
离子束辅助沉积是指在气相沉积镀膜的同时，用具有一定能量 的离子束进行轰击，以提高薄膜质量。
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离子束沉积
离子束沉积方法分类： • 直接引出式 • 质量分离式 • 部分离化式（离子镀） • 离化团束沉积 • 离子束辅助沉积
可调参数 • 离子种类 • 离子能量 • 离子电流大小 • 入射角 • 束斑大小 • 离子比例 • 基片温度 • 真空度
离子镀原理
离子镀原理
离子镀是一种常用的表面处理技术，通过在材料表面沉积一层薄膜来改善材料的性能。
离子镀的原理主要是利用离子轰击和沉积的过程，通过控制离子轰击的能量和角度，以及沉积材料的种类和厚度，来实现对材料表面性能的调控。
首先，离子镀的过程是通过将材料置于真空室中，利用离子束轰击材料表面，使其表面活性增强，然后在表面沉积一层薄膜。
在离子轰击的过程中，离子具有较高的能量，能够改变材料表面的晶体结构，提高表面的结合力和耐磨性。
同时，离子轰击还能清除表面的氧化物和杂质，使得沉积薄膜与基体结合更加牢固。
其次，离子镀的原理还涉及到沉积薄膜的过程。
在离子轰击后，通过引入沉积材料的离子或原子，使其在表面沉积形成薄膜。
沉积薄膜的种类和厚度可以根据具体的应用要求来选择，常见的有金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
这些薄膜可以提高材料的导电性、光学性能、耐腐蚀性等，从而满足不同领域的需求。
离子镀的原理虽然简单，但是在实际应用中需要考虑很多因素。
首先是离子轰击的能量和角度的控制，这直接影响到表面的改性效果。
其次是沉积薄膜的选择和厚度的控制，这取决于具体的应用需求。
最后是离子镀的工艺参数的优化，包括真空度、离子束的密度和能量分布等，这些都会影响到最终薄膜的质量和性能。
总的来说，离子镀是一种非常有效的表面处理技术，可以在不改变材料体积的情况下，改善材料的性能。
通过合理的控制离子轰击和沉积过程，可以实现对材料表面性能的调控，从而满足不同领域的需求。
随着材料科学和工程技术的发展，离子镀技术将会得到更广泛的应用，并不断推动材料性能的提升和创新。
rpd反应式离子镀膜
rpd反应式离子镀膜
RPD反应式离子镀膜是一种利用反应式离子束沉积技术制备的薄膜。
该技术是利用离
子束在表面反应生成膜材料的过程，与传统的离子镀和物理气相沉积不同。
该技术具有高效、高质量的优点，已广泛应用于工业生产和学术研究。
RPD反应式离子镀膜是由反应性气体通过电子束激发形成的离子束撞击靶材，使得靶
材表面发生化学反应，生成固态化合物膜。
反应物质通过离子束输送，并在表面发生反应，生成化合物膜。
与传统的物理气相沉积技术不同，RPD反应式离子镀膜技术可以生成与靶
材不同化学成分的膜。
RPD反应式离子镀膜技术常用的反应气体有氮气、氧气、水蒸气等。
依据反应气体的
种类和反应条件，可以生成不同化合物的膜。
例如使用氮气作为反应气体，在高温条件下
可以生成氮化硅膜，而使用氧气作为反应气体，在稍低的温度下可以生成氧化硅膜。
离子束的加速电压和注入量是影响RPD反应式离子镀膜的关键参数。
离子束的加速电
压可以控制反应速率和膜的厚度。
注入量则控制了反应物质在表面的覆盖度。
RPD反应式离子镀膜具有良好的质量和均匀性。
该技术可以在各种基材上制备不同化
合物的膜，包括金属、玻璃、陶瓷等。
由于其高效和高质量优点，该技术已广泛应用于电
子器件、光电子器件、能源材料等领域。
举例说明pvd的主要过程。
举例说明pvd的主要过程。
1. PVD的主要过程之一是物理气相沉积。
在这个过程中，通过将固态材料加热至高温并将其转变为气体，然后将气体输送到目标材料表面，使其沉积在表面上。
例如，在制备薄膜时，可以使用物理气相沉积来将金属材料沉积在基底上。
2. PVD的另一个重要过程是磁控溅射。
在这个过程中，将目标材料放置在真空腔室中，并使用磁场引导离子束轰击目标材料，使其从表面释放出来并沉积在基底上。
例如，可以使用磁控溅射来制备高质量的薄膜，如金属氧化物薄膜。
3. 电弧离子镀是PVD过程的另一种形式。
在这个过程中，通过在真空腔室中产生弧光放电，将目标材料蒸发并形成离子，然后将离子沉积在基底上。
这种方法可以用于制备高硬度的薄膜，如氮化硅薄膜。
4. 蒸发是PVD过程中常用的一种方法。
在蒸发过程中，将目标材料加热至其蒸发温度，然后使蒸发的材料沉积在基底上。
这种方法常用于制备金属薄膜、光学薄膜等。
例如，在制备太阳能电池时，可以使用蒸发方法将金属薄膜沉积在硅基底上。
5. PVD过程中的溅射是一种重要的方法。
在溅射过程中，通过将高能粒子轰击目标材料，使目标材料从表面释放出来并沉积在基底上。
这种方法可以用于制备各种材料的薄膜，如金属、绝缘体、半导体等。
例如，在制备显示器的涂层过程中，可以使用溅射方法将ITO （锡氧化铟）薄膜沉积在玻璃基底上。
6. 离子束沉积是PVD过程中的一种技术。
在离子束沉积过程中，通过加速离子束并将其引导到目标材料上，使目标材料从表面释放出来并沉积在基底上。
这种方法可以用于制备高质量的薄膜，如硅薄膜。
例如，在制备集成电路时，可以使用离子束沉积来形成细微的结构。
7. 磁控电弧溅射是一种结合了磁控溅射和电弧离子镀的PVD技术。
在这个过程中，通过在真空腔室中产生弧光放电和磁场，将目标材料蒸发并形成离子，并将离子沉积在基底上。
这种方法可以用于制备高质量的薄膜，如金属氮化物薄膜。
8. PVD过程中的磁控阴极溅射是一种常用的方法。
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基体成分的不同。 6）表面形貌变化。表面经离子轰击后，无论晶体和非晶体基片的表面形
貌，将会发生很大的变化，使表面粗糙度增大，并改变溅射率。 7）温度升高。因为轰击离子的绝大部分能量都变成热能。8来自离子轰击在离子镀中的作用
➢ 对薄膜生长的影响
• 在离子镀时，一方面有镀材粒子沉积到基片上，另一方面有高能 离子轰击表面，使一些沉积粒子溅射出来。当前者的速率大于后 者，薄膜就会增厚。这一特殊的淀积与溅射的综合过程使膜基界 面和薄膜生长具有许多特点。
1）首先是在溅射与淀积混杂的基础上，由于蒸发粒子不断增加，在 膜基界面形成“伪扩散层”。这是一种膜基界面存在基片元素和 蒸发膜材元素的物理混合现象。即在基片与薄膜的界面处形成一 定厚度的组分过渡层，缓和了基片和膜材料的不匹配性，可提高 膜基界面的附着强度。
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离子束沉积
离子束沉积方法分类： • 直接引出式 • 质量分离式 • 部分离化式（离子镀） • 离化团束沉积 • 离子束辅助沉积
– 电阻加热 – 电子束加热 – 空心阴极放电 – 高频感应 – 弧光放电
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离子镀方式
➢ 气化分子或原子的离化/激活方式
– 辉光放电 – 电子束 – 热电子 – 离子源 – 弧光放电
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离子轰击在离子镀中的作用
离子镀膜区别于真空蒸发镀膜的许多特性均与离子、高速中 性粒子参与镀膜过程有关。在离子镀的整个过程中都存在着 离子轰击。
➢ 离化率是指被电离的原子数占全部蒸发原子数的百分比例。
• 离化率是衡量离子镀特性的一个重要指标。特别在反应离 子镀中更为重要，因为它是衡量活化程度的主要参量，对 镀层薄膜的各种性质产生直接影响。
• 离子能量：在电子束蒸发镀膜中，若蒸发温度为 2000 K， 则蒸发原子的平均能量为 0.2 eV。在离子镀中，轰击离子 的能量与基片加速电压有关，典型的离子能量值为 50~5000 eV。
• 从阴极直接产生等离子体 • 入射粒子能量高、离化率60-80% • 蒸镀速度快，绕镀性好
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离子束沉积
离子束沉积法是利用离化的粒子作为蒸镀物质，在较低的 基片温度下形成薄膜。
金属离子入射固体表面的效应：
沉积；溅射；注入
E 500 eV E 50 eV
E 500 eV
在Si (111) 基片表面 沉积Ge+
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典型的离子镀方式
➢ 活性反应离子镀ARE
ARE 特点
• 电离增加了反应物的活性，基片温度低。 • 可在任何母材上制备薄膜，如金属、玻璃、陶瓷、
塑料等，并可获得多钟化合物膜。 • 沉积速率高，最高可达75 m/min。 • 化合物的生成反应和沉积物的生长是分开的，可
分别独立控制。
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典型的离子镀方式
4）对膜层内应力的影响也很明显。内应力是由尚未处于最低能量 状态的原子所产生的。通常，蒸发薄膜具有拉应力，离子镀薄 膜具有压应力。
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典型的离子镀方式
➢ 活性反应离子镀ARE
• 在离子镀过程中，在真 空室中导入能和金属蒸 气反应的活性气体，如 O2, N2, C2H2, CH4等代 替Ar或将其掺入Ar气中， 并用各种放电方式使金 属蒸气和反应气体的分 子、原子激活离化，促 进其间的化学反应，在 基片表面上就可获得化 合物镀层。
第七章 离子镀和离子束沉积
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离子镀概述
➢ 定义：离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体 或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发物质离 子轰击作用的同时把蒸发物或者反应物沉积在基片上。
➢ 特点：
1. 把气体的辉光放电、等离于体技术与真空蒸发镀膜结合 在一起；
2. 附着性好－表面清洗；沉积＋溅射 3. 密度高－离子轰击，形成致密结构 4. 绕射性－离化后的正离子沿电力线方向运动 5. 材料范围宽－金属、非金属、合成材料、敏感材料 6. 易于化合物膜层的形成－活性增加 7. 沉积速率高，成膜速度快
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离子轰击在离子镀中的作用
➢ 对薄膜生长的影响
2）经离子轰击的表面形貌受到破坏，可能比未破坏的表面提供更 多的成核位置，即使在非反应系统中成核密度也较高。可减少 基片与膜层界面的空隙，使得离子镀具有良好附着力。
3）离子对膜层的轰击作用，对膜的形态和结晶组分也有影响。离 子镀膜时，由于离子的轰击作用，可消除柱状结晶，减轻阴影 效应，形成均匀的颗粒状结晶。
➢ 空心阴极放电离子镀HCD
HCD是利用空心热阴极放电产生等离子体的镀膜技术。
• 热阴极离子电子束 数十eV，数百A
• 离化率22-40%＋大 量高速中性粒子
• 工作压力宽，沉积 压力范围 10-1－104Torr
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典型的离子镀方式
➢ 多弧离子镀
把金属蒸发源（靶源）作为阴极，通过它与阳极壳体之间的弧 光放电，使靶材蒸发并离化，形成空间等离子体，对基体进行 沉积镀膜。
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离子轰击在离子镀中的作用
➢ 对基片表面的作用（膜层沉积之前）
1）溅射清洗。高能粒子轰击基片表面，引起表面原子射出，产生溅射。 清除吸附气体、溅射掉表面物质、发生化学反应。
2）产生缺陷和位错网。轰击粒子的能量传递给表面的晶格原子。 3）破坏表面结晶结构。稳定的缺陷造成表面晶体结构的破坏变成非晶态
结构。同时，气体的掺入也会破坏表面的结晶结构。 4）气体掺入。低能离子轰击会造成气体掺入表面和淀积膜之中，掺入气
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离子镀概述
➢ 成膜条件：
淀积作用
＞
溅射剥离效应
n
n
NA
60M
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＞
nj
nj=0.63×1016 j/cm2•s
淀积原子、离子数/单位时间
入射离子数/单位时间
j：离子电流密度 , 假设轰击基片的为一价的正离子 (Ar+)
µ：淀积速率 ρ：膜层密度
NA：常数
M：膜材料质量
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离子镀方式
➢ 镀料的气化方式
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离子镀概述
➢ 过程：
• 真空度抽至10-4Pa的髙真空后，通入 惰性气体(如Ar)，使真空度达到1~101Pa。
• 接通高压电源，在蒸发源与基片之间 建立了一个低压气体的等离子体区。
• 使镀材蒸发，蒸发粒子进入Plasma区， 与其中的正离子和被激活的惰性气体 原子及电子发生碰撞，其中一部分蒸 发粒子被电离成正离子，正离子在负 高压电场加速的作用下，到达并沉积 在基片表面成膜；其中一部分获得了 能量的原子，也沉积成膜。