真空蒸发镀膜法
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。
第三章真空蒸发镀膜-55页PPT资料
h2
3
)2
1
3
1
(
b h
)
2
2
④常用计算——以 点源正对固定圆基片的蒸发为例
膜厚最大绝对偏差：t0 tmin 相对偏差：1— t r
平均膜厚：t
1
R 2
tdA
A
膜材利用率：
R2 t
m
膜厚分布均方差： D 1
2
t t dA
P39，表3-2： 常用材料的熔化温度及蒸汽压达到1 Pa 时 的蒸发温度，
铬等材料先蒸发，后熔化
② 温度条件：使饱和蒸汽压Pv达到1Pa 的蒸发温度T
材料蒸汽压Pv与温度的关系：克—克方程
式,可以推算温度T
简化为（3—5）式：logPv AB T
P41，（3—3）
③ 蒸发速率： 按余弦定律
达到热阴极弧光放电程度。
工作中气压较高，能够产生足够多的电子. HCD枪电子束蒸发， 空心阴极离子镀 P60 图3—15
4)感应加热式蒸发源
①原理：高频电源——感应圈高频电流、电场— —高频交变磁场——坩埚、膜材中感应涡流
——涡流焦耳热——膜材热能 结构：
P57图3—13
②特点：功率大；蒸发速率大；蒸发源温度（蒸 发速率）稳定；一次装料多；适合连续工作
3.1 真空蒸发镀膜原理 Principle of Vacuum Evaporative Coating
1) 原理、结构与特点
principle, structure, characteristics
真空蒸发镀膜原理图
真空室 Coating chamber 蒸发源 Evaporation Sources 加 热 器 heater 蒸 发 舟 boat
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。
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。
蒸发法真空镀膜
蒸发法真空镀膜实验⽬的初步了解真空镀膜的原理和操作以及薄膜厚度的测量。
实验原理真空镀膜是将固体材料置于真空室内，在真空条件下，将固体材料加热蒸发，蒸发出来的原⼦或分⼦能⾃由地弥布到容器的器壁上。
当把⼀些加⼯好的基板材料放在其中时，蒸发出来的原⼦或分⼦就会吸附在基板上逐渐形成⼀层薄膜。
真空镀膜有两种⽅法,⼀是蒸发,⼀是溅射。
本次实验采⽤蒸发⽅法。
在真空中把制作薄膜的材料加热蒸发，使其淀积在适当的表⾯上。
●真空系统(DM—300镀膜机)●蒸发源蒸发源的形状如下图，⼤致有螺旋式(a)、篮式(b)、发叉式(c)和浅⾈式(d)等●蒸发源选取原则1 有良好的热稳定性，化学性质不活泼，达到蒸发温度时加热器本⾝的蒸汽压要⾜够底。
2 蒸发源的熔点要⾼于被蒸发物的蒸发温度。
加热器要有⾜够⼤的热容量。
3 蒸发物质和蒸发源材料的互熔性必须很底，不易形成合⾦。
4 要求线圈状蒸发源所⽤材料能与蒸发材料有良好的浸润，有较⼤的表⾯张⼒。
5 对于不易制成丝状、或蒸发材料与丝状蒸发源的表⾯张⼒较⼩时，可采⽤⾈状蒸发源。
●薄膜厚度分布设蒸发源为点蒸发源，单位时间内通过任何⽅向⼀⽴体⾓dω的质量为：蒸发物质到达任⼀⽅向⾯积元ds质量为：设蒸发物的密度为ρ，单位时间淀积在ds上的膜厚为t，则⽐较以上两式可得：对于平⾏平⾯ds，φ=θ，则上式为：由：可得在点源的正上⽅区域(δ=0)时：薄膜的厚度测量–⼲涉显微镜法⼲涉条纹间距Δ0 ，条纹移动Δ，台阶⾼为：测出Δ0 和Δ，即可测得膜厚t其中λ为单⾊光波长，如⽤⽩光，λ取实验步骤1.绕制钨篮，清洗钨篮和载玻⽚,铝丝，祛除表⾯氧化物。
2制作基⽚，.⽤⼀窄薄铝⽚遮盖在载玻⽚上，以便镀膜完成后在基⽚上形成台阶。
3. 将钨篮和钼⾈固定在钟罩内的电极上，并放⼊铝丝。
,4抽⾄真空度达10-6torr以上,开始蒸发镀膜。
5.镀膜完成后,处理真空机组的后续⼯作。
6.⽤称重法测薄膜的厚度。
7.⽤⼲涉法测薄膜的厚度。
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。
真空蒸发镀膜法
10
表2-1 一些常用材料的蒸气压与温度关系
11
12
图2-2 各种元素的蒸气压与温度关系
13
14
15
三、蒸发速率
根据气体分子运动论，在处于热平衡状态时，压强为P的气体， 单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数
3.511022Pv/ TM(个/cm2s,Torr)
2.641024Pv/ TM(个/cm2s,Pa)
(2-9)
17
式中，M为蒸发物质的摩尔质量。如果对式（2-9） 乘以原子或分子质量，则得到单位面积的质量蒸发速 率
GmJm m/2kTPv
5.83102 M/TPv(g/cm2s,Torr) 4.37103 M/TPv(kg/m2s,Pa)
薄膜； (4) 基板加热器及测温器等。 1. 真空蒸发镀膜法的优缺点： 优点：是设备比较简单、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，用掩膜可以获得清晰图形；薄膜的生长 机理比较单纯。 缺点：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。
一．点蒸发源
通常将能够从各个方向蒸发等量材料的微小球状蒸
发源称为点蒸发源（简称点源）。一个很小的球dS， 以每秒m克的相同蒸发速率向各个方向蒸发，则在单 位时间内，在任何方向上，通过如图2-4所示立体角 dω的蒸发材料总量为dm，此角度为蒸发源和表面的 角度，则有
dm = m / 4π·dω
（2-21）
因为Vg》Vs，并假设在低气压下蒸气分子符合理想气
体状态方程，则有
Vg -Vs≈Vg ，Vg = RT/Pv
真空蒸发镀膜蒸镀
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
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）
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（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
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
（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
第二章 真空蒸发(蒸发镀膜)
第一节 真空蒸发原理
蒸发温度
规定物质在饱和蒸气压为10-2Torr时的温度
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
加热蒸发过程
固相或液相转变为气相
气相原子或分子的输运过程（源-基距） 气相粒子在环境气氛中的飞行过程，输运过程中气相粒 子与残余气体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均 自由程，以及蒸发源与基片之间的距离。 蒸发原子或分子在基片表面的淀积过程 即蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜的过程。由 于基板温度较低，因此，沉积物分子在基板表面将直接发生 从气相到固相的相转变。
★ 高频感应蒸发源
高频感应蒸发源的特点：
蒸发速率大，比电阻蒸发源大 10倍左右；
蒸发源温度均匀稳定，不易产 生飞溅； 蒸发材料是金属时，从内部加
热；
蒸发源一次加料，无需送料机 构，控温容易，热惰性小，操作 缺点：蒸发装置必须屏蔽、 高频发生器昂贵，气压高于 10-2Pa，高频场就会使残余 气体电离，使功耗增大
真空蒸发镀膜法
物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）
真空蒸发镀膜 真空溅射镀膜
真空离子镀膜
真空蒸发镀膜：
将固体材料置于高真空环境中加热，使之升华 或蒸发并沉积在特定衬底上以获得薄膜的工艺方法。
第一节 真空蒸发原理
第一节 真空蒸发原理
蒸发度膜的三个基本过程：
Vg Vs Vg
dP H v dT v 或 2 Pv RT
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。
真空蒸发镀膜实验报告
真空蒸发镀膜实验报告引言真空蒸发镀膜技术是一种常见的表面处理方法，可以在材料表面形成一层薄膜。
本实验旨在通过真空蒸发镀膜实验，了解该技术的基本原理、操作步骤以及影响薄膜质量的因素。
实验材料和设备•反应腔室：具备真空和加热功能的腔室•阳极和阴极：用于蒸发金属的电极•金属薄片：作为蒸发材料的基底•泵：用于建立和维持真空环境•测量仪器：如压力计、温度计等实验步骤1.准备工作：确保实验设备和材料的准备完善。
检查反应腔室、泵、电极等设备的工作状态，清洁反应腔室，并安装好金属薄片。
2.真空抽取：将反应腔室连接至泵，并打开泵开始抽取气体。
通过观察压力计的读数，等待压力降至所需真空度，一般取10^-6 Torr左右。
3.加热处理：开始加热反应腔室，以使基底温度升高。
通过控制加热功率和时间，可调节腔室的温度。
4.蒸发材料：将蒸发材料放置在阴极上，并将阳极和阴极放置在一定距离内，通电使其加热。
蒸发材料会受热并产生雾气，进而沉积在金属薄片上。
5.薄膜生长：在蒸发材料产生雾气的同时，它们会在真空环境中沉积在金属薄片上形成薄膜。
控制蒸发时间和功率可以控制薄膜的厚度和均匀性。
6.冷却和抽气：在薄膜生长完毕后，关闭加热装置，并继续抽气以降低腔室内的气体压力。
同时，可以通过冷却装置降低腔室温度，以便取出镀膜样品。
7.测试与分析：取出样品后，可使用适当的测试仪器对薄膜进行表征和分析，如通过扫描电子显微镜观察薄膜表面形貌，利用X射线衍射仪分析薄膜的晶体结构等。
实验注意事项1.在实验过程中，需保持实验环境干燥，以避免气体或水分对薄膜质量的影响。
2.在操作过程中，需小心防止金属薄片的污染和损坏，注意防止外界杂质进入反应腔室。
3.在加热过程中，应注意避免过高的温度，以免金属薄片变形或蒸发材料过度蒸发。
4.在进行测试和分析时，需使用适当的仪器，并遵循操作规程，以确保结果的准确性。
结论通过本实验，我们了解了真空蒸发镀膜技术的基本原理和操作步骤。
真空镀膜机的几种镀膜方法
真空镀膜机的几种镀膜方法
真空镀膜技术，简单地来说就是在真空环境下，利用蒸发、溅射等方式发射出膜料粒子，沉积在金属、玻璃、陶瓷、半导体以及塑料件等物体上形成镀膜层。
它的主要方法包括以下几种：
真空蒸镀
其原理是在真空条件下，用蒸发器加热膜料，使其气化或升华，蒸发粒子流直接射向基片，并在基片上沉积形成固态薄膜的技术。
溅射镀膜
溅射镀膜是真空条件下，在阴极接上高压电，激发辉光放电，带正电的氩离子撞击阴极靶材，使其射出膜料粒子，并沉积到基片上形成膜层。
离子镀膜
离子镀膜通常指在镀膜过程中会产生大量离子的镀膜方法。
在膜的形成过程中，基片始终受到高能粒子的轰击，膜层强度和结合力非常强。
真空卷绕镀膜
真空卷绕镀膜是一种利用各种镀膜方法，在成卷的柔性薄膜表面上连续镀膜的技术，以实现柔性基体的一些特殊功能性、装饰性属性。
真空蒸发镀的基本工艺流程
真空蒸发镀的基本工艺流程
真空蒸发镀是一种常用的镀膜工艺，其基本流程如下：
1. 材料准备：根据需要镀膜的物质选择适当的金属或合金材料，准备成粉末或片状。
2. 清洗表面：将待镀物体表面进行清洗处理，以去除污垢、氧化层和其他杂质，确保表面整洁。
3. 真空腔体装载：将待镀物置于真空腔体中，安装好固定夹具或支架，保证待镀物的位置稳定。
4. 抽真空：启动真空设备，将腔体内的气体抽至较低的真空度，通常为10^-5至10^-6Pa之间，以减少气体对镀层的影响。
5. 加热蒸发源：将含有镀层材料的加热源放置在腔体内，通过加热源提供热量，使材料蒸发。
6. 材料蒸发与沉积：蒸发材料在真空环境中形成气相，将其沉积在待镀物体表面。
通过控制蒸发源的温度和功率，可以调节镀层的厚度和均匀性。
7. 监测和调节：使用物理性能测试仪器对镀层进行实时监测，根据测试结果调
整蒸发源的参数，以保证镀层的质量。
8. 冷却与除气：蒸发过程结束后，关闭加热源，待镀物体表面的温度降低，镀层逐渐凝固。
然后开始气体排空，将腔体内剩余的气体排除。
9. 取出镀物：等到腔体内气压恢复正常后，打开腔体门，将镀好的物体取出。
10. 附加处理：根据需要，可以对镀层进行后续处理，例如热处理、抛光、清洗等。
以上是真空蒸发镀的基本工艺流程，具体操作步骤可能因不同的应用和设备而有所差异。
真空蒸发镀膜法的工艺特点
真空蒸发镀膜法的工艺特点
真空蒸发镀膜法是一种常用的表面处理技术，具有以下工艺特点：
1. 高纯度：真空蒸发镀膜法在真空环境下进行，避免了杂质的污染和氧化反应，能够制备高纯度的薄膜。
2. 厚度可控性强：真空蒸发镀膜法通过调节沉积源的温度和沉积速率，可以精确控制薄膜的厚度，满足不同应用的需求。
3. 膜层质量高：真空蒸发镀膜法沉积的薄膜具有良好的致密性和均匀性，膜层表面光滑度高，附着力强，具有较高的抗腐蚀性和耐磨性。
4. 多种材料可镀：真空蒸发镀膜法可以用于镀金、镀银、镀铜等金属薄膜的制备，也可用于氧化物、硝化物等非金属薄膜的制备。
5. 温度控制精确：真空蒸发镀膜法在沉积过程中可通过对沉积源的加热控制来控制沉积薄膜的温度，使得薄膜和基底之间的界面温度较低，有利于提高薄膜的结晶性和致密性。
6. 生产效率较低：真空蒸发镀膜法通常需要进行多次沉积循环才能得到所需的厚度，加之沉积速率较低，因此相对于其他镀膜方法而言，生产效率较低。
7. 无污染：由于真空蒸发镀膜法在真空环境下进行，不存在挥发性物质的释放和溶剂的使用，因此不会产生环境污染。
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。
真空蒸镀概述
真 空 蒸 镀 原 理
1. 真空蒸发镀膜的三种基本过程：
① 热蒸发过程 ② 气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运，即这 2. 些粒子在环境气氛中的飞行过程。
③ 蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，即是蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续 薄膜。
3. 真空蒸镀的优缺点：
4. 优点：是设备比较简单、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；薄膜的生长机理比较单纯。
膜厚的测量方法
介绍以下几种方法
○ 称重法：微量天平法、石英晶体振荡法 ○ 电学方法：电阻法、电容法、电离式监控计法 ○ 光学方法：光吸收法、光干涉法、等厚干涉条纹法
(1)触针法：差动变压器法、阻抗放大法、压电元件法
称重法:微量天平法
原理：是将微量天平设置在真空室内，把蒸镀的基
片吊在天平横梁的一端，测出随薄膜的淀积而产生
触针测厚计的传感器 差动变压器法；(b)阻抗法
(b) 阻抗放大法
由于触针上下运动使电感器的间隙d发生相 应的变化时，感抗随之变化，导至线圈阻抗 改变。再利用放大电路放大并显示该阻抗的 变化量，即可表征触针上下运动的距离。
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
将蒸发材料放入水冷铜坩埚中，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。
测量的薄膜膜厚t为：
触针法
(a) 差动变压器法
原理:在针尖上镶有曲率半径为几微米的蓝宝石或金刚石的触针，使其在薄膜表面上移动时，由 于试样的台阶会引起触针随之作阶梯式上下运动。再采用机械的、光学的或电学的方法，放大触 针所运动的距离并转换成相应的读数，该读数所表征的距离即为薄膜厚度。
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三、蒸发速率
根据气体分子运动论，在处于热平衡状态时，压强为P的气体， 单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数
J 1/ 4nva P /
2 mkT (2-6)
因为Vg》Vs，并假设在低气压下蒸气分子符合理想气
体状态方程，则有
Vg -Vs≈Vg ，Vg = RT/Pv
(2-2)
式中，R是气体常数，其值为8.31×107J/K·mol。
故方程式（2-1）可写成
dPv /P v = Hv·dT/RT2
（2-3）
亦可写成
d(lnPv)/d(1/T)= - Hv / R
2．蒸汽压方程 饱和蒸气压Pv与温度T之间的数学表达式称为
蒸汽压方程。可从克拉伯龙-克劳修斯（ClapeylonCalusius）方程式推导出来
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dPv /dT = Hv / T(Vg-Vs) （2-1）
式中，Hv为摩尔气化热或蒸发热（J/mol）；Vg和Vs分
别为气相和固相或液相的摩尔体积（cm3）；T为绝对 温度（K）。
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2.真空蒸发镀膜的三种基本过程： (1)热蒸发过程
是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运，即这 些粒子在环境气氛中的飞行过程。
3.511022 Pv / TM (个 / cm2 • s,Torr)
2.641024 Pv / TM (个 / cm2 • s。如果对式（2-9） 乘以原子或分子质量，则得到单位面积的质量蒸发速 率
G mJm m / 2 kT • Pv
薄膜； (4) 基板加热器及测温器等。 1. 真空蒸发镀膜法的优缺点：
优点：是设备比较简单、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，用掩膜可以获得清晰图形；薄膜的生长 机理比较单纯。
缺点：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。
v 式中，n是分子密度，
尔兹曼常数。
a是算术平均速度，m是分子质量，k为玻
如果考虑在实际蒸发过程中，并非所有蒸发分子全部发生凝结， 上式可改写为
J Pv / 2 mkT (2-7)
式中， 为冷凝系数，一般 ≤1， P为v 饱和蒸气压。
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设蒸发材料表面液相、气相处于动态平衡，到达液 相表面的分子全部粘接而不脱离，与从液相到气相的 分子数相等，则蒸发速率可表示为
5.83102 M / T • Pv (g / cm2 • s,Torr) 4.37 103 M / T • Pv (kg / m2 • s, Pa)
Je dN /(A• dt) e (Pv Ph ) / 2 m(k2-T8)
式中，dN为蒸发分子（原子）数， e 为蒸发系数，A为
蒸与速发液率表体：面 静积 压， （tP为a）时。间当（秒e=）1P和v 和PPhh=分0别时为，饱得和最蒸大气蒸压发
Jm dN /(Adt) Pv / 2 mkT (cm2 • s1)
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，所以又称为热蒸发法。
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一、真空蒸发的特点与蒸发过程
图2-1 真空蒸发镀膜原理
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(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加热； (3) 基板 用于接收蒸发物质并在其表面形成固态蒸发
飞行过程中与真空室内残余气体分子发生碰撞的次 数，取决于蒸发原子的平均自由程及蒸发源到基片之 间的距离，常称源—基距。 (3)蒸发原子或分子在基片表面上的淀积过程，
即是蒸气凝聚、成核、核生长、形成连续薄膜。
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由于基板温度远低于蒸发源温度，因此，沉积物分 子在基板表面将直接发生从气相到固相的相转变。
§2-1 真空蒸发原理 §2-2 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布
§2-3 蒸发源的类型 § 2-4 合金及化合物的蒸发 §2-5 膜厚和淀积速率的测量与监控
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真空蒸发镀膜法（简称真空蒸镀） 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 到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜 的方法。
真空蒸发镀膜时保证真空条件的必要性： 上述过程都必须在空气非常稀薄的真空环境中进行， 否则将发生以下情况： 1.蒸发物原子或分子将与大量空气分子碰撞，使膜层 受到严重污染，甚至形成氧化物； 2. 蒸发源被加热氧化烧毁； 3.由于空气分子的碰撞阻挡，难以形成均匀连续的薄 膜。
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二、饱和蒸气压和蒸汽压方程
1．饱和蒸汽压 一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液
体平衡过程中所表现的压力称为该物质的饱和蒸气压。
物质的饱和蒸气压随温度的上升而增大，在一定温 度下，各种物质的饱和蒸气压不相同，且具有恒定的 数值。即一定的饱和蒸气压必定对应一定的物质的温 度。饱和蒸汽压表征了物质的蒸发能力。
已经规定物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度，称 为该物质的蒸发温度。
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由于气化热 Hv 通常随温度只有微小的变化，故可
近似地把Hv看作常数，于是式（2-3）求积分得
ln Pv = C- Hv / RT
（2-4）
式中C为积分常数。式（2-4）常采用对数表示为
lgPv = A - B/ T
（2-5）
式中，A、B为常数，A=C/2.3，B=Hv/2.3R，A、B值 可由实验确定。而且在实际上Pv与 T 之间的关系多由
实验确定。且有Hv=19.12B(J/mol)关系存在。
式（2-5）即为蒸发材料的饱和蒸气压与温度之间
的近似关系式。
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表2-1 和图 2-2 分别给出了常用金属的饱和蒸气压
与温度之间的关系，从图2-2的lgPv～1/T近似直线图
看出，饱和蒸气压随温度升高而迅速增加，并且到达 正常蒸发速率所需温度，即饱和蒸气压约为1Pa时的 温度（已经规定物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度， 称为该物质的蒸发温度）。