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。
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。
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）
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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
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
蒸发法真空镀膜实验讲义
真空镀膜⏹实验目的掌握真空镀膜的原理和正确操作。
⏹实验原理薄膜材料制备及应用薄膜材料的制备是材料科学的一个分支，薄膜制备大体上分为：化学气相沉积(chemical vapor deposition ; CVD)–借助空间气相化学反应在衬底表面上沉积固态薄膜。
物理气相沉积(physical vapor deposition ; PVD)–用物理方法将源物质转移到气相中，在衬底表面上沉积固态薄膜。
主要包括：真空蒸发；溅射；分子束外延等方法。
其中，熔点低于2000K的金属才能用于蒸发镀膜，难熔金属应采用溅射法镀膜。
另外，由于有些金属会和蒸发源形成合金，故原则上每种镀材应有专用的蒸发源。
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内部空间中。
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。
本实验采用蒸发的方法，即在真空中把铝材加热蒸发，使其淀积在基片的表面上形成铝膜。
铝膜的优点和应用：–与硅基片、SiO2层、玻璃及陶瓷基片有较好的附着力，不易脱落。
–电导率高，与N型、P型硅的接触势垒低，容易形成欧姆接触。
–对抗蚀剂的选择性好，容易光刻和采用活性离子刻蚀。
–与金丝、铝丝的可焊性好，适宜于热压焊和超声焊。
–铝膜对气体有较好的阻隔性。
–铝膜富有金属光泽，可作为装饰涂层。
–铝膜反射率较高，可遮挡紫外线，可作为防紫外涂层。
–高纯度铝成本底，易于蒸发或溅射，可获得高纯度的铝膜。
●●真空系统(DM—300B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低。
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低，不易形成合金。
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。
蒸发真空镀膜
蒸发真空镀膜蒸发真空镀膜是一种常见的镀膜技术，它通过将材料加热至其蒸发温度，然后使蒸发的材料沉积在基底表面上，形成一层薄膜。
这种技术被广泛应用于光学、电子、航空航天等领域，具有很高的实用价值。
蒸发真空镀膜的过程中，首先需要将待镀膜的材料置于真空室中。
真空室中的气体被抽除，以降低环境压力，从而避免杂质的污染。
接下来，通过加热材料，使其达到蒸发温度。
蒸发的材料会形成蒸汽，然后沉积在基底表面上。
蒸发时，材料的分子会以直线或抛物线的方式运动，并在基底表面沉积。
蒸发真空镀膜的优点之一是可以在常温下进行，不需要高温处理。
这使得它适用于各种材料，包括易熔点低的材料。
此外，蒸发真空镀膜的沉积速率较快，可以在较短的时间内完成厚膜的沉积。
蒸发真空镀膜的应用非常广泛。
在光学领域，它常用于制备反射镜、透镜和光学滤波器等光学元件。
通过控制沉积材料的种类和厚度，可以实现对光的反射、传输和吸收等性质的调控。
在电子领域，蒸发真空镀膜可用于制备导电膜、隔热膜和保护膜等。
这些薄膜可以提高电子器件的性能和稳定性。
此外，蒸发真空镀膜还可以用于制备太阳能电池、显示器件和传感器等。
蒸发真空镀膜技术在航空航天领域也有广泛应用。
航天器表面需要具有一定的热控制能力，以抵御来自太空的高温和低温。
蒸发真空镀膜可以制备具有高反射率或高吸收率的薄膜，用于控制航天器的热辐射。
此外，蒸发真空镀膜还可以增强航天器的耐腐蚀性能和抗磨损性能，提高其使用寿命。
尽管蒸发真空镀膜技术具有许多优点，但也存在一些挑战和限制。
首先，蒸发过程中，材料的蒸发温度和蒸发速率需要精确控制，以确保薄膜的质量和均匀性。
其次，蒸发过程中，由于基底表面的影响，薄膜的结构和性能可能会发生变化。
此外，蒸发真空镀膜的设备和工艺较为复杂，需要高度的技术和经验。
总的来说，蒸发真空镀膜是一种重要的表面处理技术，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，蒸发真空镀膜技术将进一步完善，为各个领域带来更多的创新和突破。
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。
太阳膜生产的磁控溅射技术和真空蒸发镀膜法
太阳膜生产的磁控溅射技术和真空蒸发镀膜法现在市面上好的太阳膜其制作方法多半为以下两种：一种是真空蒸发镀膜法。
一种是磁控溅射法，目前拥有磁控溅射技术的太阳膜生产厂家有：美国韶华科技公司（Southwall）、美国贝卡尔特公司(Bekaert)、美国CPFilms公司，利用磁控溅射技术所生产的太阳膜具有膜层致密、均匀，有良好的透光性和优良的光谱选择性能，保证太阳膜产品的高品质，使其能够为车主带来舒适、安全的行车环境。
1.真空蒸发镀膜法就是在1.3×10-2~1.3×10-3Pa(10-4~10-5Torr)的真空中以电阻加热镀膜材料，使它在极短的时间内蒸发，蒸发了的镀膜材料分子沉积在基材表面上形成镀膜层。
真空镀膜室是使镀膜材料蒸发的蒸发源，还有支承基材的工作架或卷绕装置都是真空蒸发镀膜设备的主要部分。
镀膜室的真空度，镀膜材料的蒸发熟练地，蒸发距离和蒸发源的间距，以及基材表面状态和温度都是影响镀膜质量的因素。
2. 磁控溅射法是指电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。
二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。
磁控溅射法与蒸发法相比，具有镀膜层与基材层的结合力强，镀膜层致密，均匀等优点。
真空蒸发镀膜法需要使金属或金属化合物蒸发气化，而加热温度又不能太高，否则气相蒸镀金属会烧坏被塑料基材，因此，真空蒸镀法一般仅适用于铝等熔点较低的金属源，是目前应用较为广泛的真空镀膜工艺。
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优点：������
设备简单、操作容易；������ 薄膜纯度高，质量好，可精确控制膜厚； 沉积速率快、用掩模能获得清晰的图形。
缺点：薄膜附着力小； 工艺重复性不好； 不易获得结晶结构的薄膜； 对靶材有一定限制。
蒸发过程
（1）加热蒸发过程，固相/液相→气相； （2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输运，即 飞行过程； （3）蒸发原子或分子在基片上的沉积过程。 根据这三个过程，考虑如果真空室压力过高，会 出现什么情况？ （1）蒸发源被氧化； （2）气化原子或分子在飞行过程中被空气分子频繁碰 撞，致使难以形成均匀的膜层；（粉未状） （3）蒸发原子或分子沉积在基片上被污染（形成氧化 物等）。
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：
2.1.5蒸发所需热量和蒸发粒子 的能量
2.2蒸发源的蒸发特性及膜厚 分布
2.2.1点蒸发源
2.2.2小平面蒸发源
点蒸发源和小平面蒸发源相对厚度的分布曲线 厚度分布曲线，两者相似。但在给定蒸发料、靶基距的情况下， 小平面蒸发源的最大厚度为点蒸发源的四倍。（2-27式和2-32 式）
40.3d l t 点蒸发源淀积膜厚与蒸 r2
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。
f 1.5lp
例：l=25cm P=3*10-3Pa f=10%
残余气体的组成及对膜层的污染影响：
除空气外，真空系统表面的气体解吸、靶材的初期加热 排气、真空泵的回流扩散构成残余气体。 真空室内的残余气体主要由氧、氮、水汽、扩散泵油蒸 汽、真空室支架和夹具以及蒸发源材料所含有的污染气 体组成。 在高真空下，真空系统表面的气体解吸是主要的气体的 来源。其中，又以水汽为主。 残余气体不仅影响平均自由程，还会与膜材料发生反应， 产生污染。
彩色滤光片
膜系结构
2.3.3 高频感应加热
高频感应加热源实物照片
2.4合金及化合物的蒸发
实验室实际采用的膜厚测量法
石英晶振法（在线，质量膜厚） 干涉极值法 （在线，透明膜） 椭偏法 （离线，透明膜，光学膜 厚） 台阶仪 （离线，需制作台阶，几 何膜厚） 膜电阻法 （离线，导电膜，不常用）
第二章 真空蒸发镀膜法
பைடு நூலகம்
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。
蒸发料：待镀膜的固体原材料，呈丝状，大颗粒状，片状
蒸发源：钨丝，钼丝，钨舟，钼舟，陶瓷坩埚
加热方法：电阻加热，高频电涡流加热，电子束，高能激光束 衬底：substrate （载体） 基片：wafer (晶园片)
典型应用：铝箔包装膜，电解电容器 装饰彩条， 香烟锡纸
2.1真空蒸发原理
靶基距
2.1.1 真空蒸发的特点与蒸发过程
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。
发料线径尺寸的关系
2
说明：
1. 1密耳=25.4微米 2.
40.3d 2 l t r2
该公式何来？ 如何看图？
点蒸发源淀积膜厚与蒸 发料重量的关系
2.2.3细长平面蒸发源
2.2.4环状蒸发源
小平面蒸发源
采用环形蒸发源或旋转基片， 可以提高膜厚的均匀性
2.2.5球曲面基板上的膜厚分布
各种基片架
2.2.6实际蒸发源的发射特性
a. 发针式 b.螺旋丝状 c.锥形篮式 d.e. 舟式
f.坩埚式
2.2.7 蒸发源与基板的相对位置配置
多个点源配置对膜厚均匀性的影响
2.3蒸发源的类型
2.3.2 电子束蒸发源
（4）加热迅速。可以快速关闭蒸发源或切换靶源。适合于多层膜
E枪电子束蒸发源实物