真空蒸镀
真空蒸镀工艺
真空蒸镀工艺1. 简介真空蒸镀工艺是一种常用的表面处理技术，用于在物体表面形成一层金属薄膜。
该工艺利用真空环境下的物理气相沉积原理，通过将金属材料加热至其蒸发温度，使其蒸发成气体状态，然后在待处理物体表面冷凝形成金属薄膜。
2. 工艺流程真空蒸镀工艺通常包括以下几个主要步骤：2.1 清洗和预处理在进行真空蒸镀之前，待处理物体需要经过清洗和预处理步骤。
清洗可以去除表面的污染物和氧化层，提高涂层的附着力。
预处理可以增加涂层与基材之间的粘结力，并改善涂层的性能。
2.2 装载和真空抽取待处理物体被装载到真空蒸镀设备中，并进行密封。
然后通过抽取设备内部的气体，建立所需的真空环境。
2.3 加热和金属蒸发将金属材料放置在加热源中，并加热至其蒸发温度。
金属材料会逐渐蒸发成气体，并在真空环境中扩散。
2.4 冷凝和沉积待处理物体表面冷凝的金属蒸汽形成金属薄膜。
冷凝速率和涂层厚度可以通过控制加热源的温度和时间来调节。
2.5 后处理完成真空蒸镀后，可以进行后处理步骤来改善涂层的性能和外观。
例如，可以进行退火、氧化和抛光等处理。
3. 应用领域真空蒸镀工艺广泛应用于各个领域，包括电子、光学、装饰、防护等。
以下是一些常见的应用领域：3.1 电子行业真空蒸镀可以用于制造半导体器件、光刻掩模、显示器件等电子元件。
通过在器件表面形成金属导电层或保护层，提高器件的性能和稳定性。
3.2 光学行业真空蒸镀可以用于制造光学元件，如反射镜、透镜、滤光片等。
通过在元件表面形成金属或非金属薄膜，可以改变光的传输和反射特性，实现特定的光学功能。
3.3 装饰行业真空蒸镀可以用于制造装饰品，如首饰、手表等。
通过在物体表面形成金属薄膜，增加其质感和美观度。
3.4 防护行业真空蒸镀可以用于制造防护涂层，如防反射涂层、耐磨涂层等。
通过在物体表面形成特定的涂层结构，提高其耐久性和使用寿命。
4. 工艺优势真空蒸镀工艺具有以下几个优势：4.1 厚度控制精准通过调节加热源温度和时间，可以精确控制金属薄膜的厚度。
3.真空蒸镀、溅射制膜的原理
真空蒸镀和溅射制膜是现代材料制备领域中常用的薄膜沉积工艺。
它们通过将材料加热至高温并在真空环境下进行薄膜沉积，可以制备出具有特定性能和特征的薄膜材料。
本文将对真空蒸镀和溅射制膜的原理进行详细介绍。
1. 真空蒸镀的原理真空蒸镀是一种将固态材料加热至其蒸发温度并在真空环境中进行沉积的工艺。
其原理如下：1) 加热源：真空蒸镀加热源通常为电阻加热或电子束加热。
当材料加热至其蒸发温度时，固态材料会逐渐转变为气态，形成蒸气。
2) 蒸镀材料：蒸镀材料通常以固态块状形式置于加热源附近，通过加热源使其升温并蒸发。
蒸镀材料的选择对于薄膜的成分和性能具有重要影响。
3) 沉积物质传输：蒸气在真空腔体中扩散并沉积到基底表面上，形成所需的薄膜。
沉积过程受到气体分子的影响，需要在高真空环境下进行以确保薄膜的纯净性和均匀性。
4) 控制薄膜厚度：通过控制蒸镀时间和材料的蒸发速率，可以实现对薄膜厚度的精确控制。
旋转或倾斜基底也可影响薄膜的均匀性和结构。
2. 溅射制膜的原理溅射制膜是一种利用离子轰击固体材料表面，将其溅射成粒子并沉积在基底表面上的工艺。
其原理如下：1) 离子轰击：在真空环境中，通过加速器使惰性气体（如氩气）成为离子，并将其加速至高能量。
这些离子以高速撞击固体材料表面，将固体材料溅射成细小粒子。
2) 溅射材料：溅射材料通常为固态块状形式，其固体材料会被离子轰击成粒子，并在基底表面上形成薄膜。
3) 质量选择：通过选择离子轰击的惰性气体、溅射材料的种类和形状，可以实现对薄膜成分和结构的调控。
不同的溅射条件可以实现对薄膜的特定性能要求。
4) 控制薄膜厚度：通过控制溅射时间和离子轰击能量，可以实现对薄膜厚度的精确控制。
旋转或倾斜基底也可影响薄膜的均匀性和结构。
3. 比较与应用真空蒸镀和溅射制膜是两种常用的薄膜沉积工艺，在各自领域具有独特的优势和应用。
真空蒸镀工艺适用于加热蒸发易挥发材料的制备，例如金属薄膜和氧化物薄膜的制备。
溅射制膜工艺适用于制备高纯度金属薄膜、合金薄膜和复合薄膜等。
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。
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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：
真空蒸镀讲义
真空蒸镀讲义真空蒸镀真空蒸镀法（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，入射到基体表面，凝结形成固态薄膜的方法。
由于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。
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。
§1―1真空蒸发原理真空蒸镀的特点、原理与过程真空蒸镀设备比较简单、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。
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1-1为真空蒸镀原理示意图。
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）基板图1-1 真空蒸发镀膜原理示意图加热器及测温器等。
真空蒸镀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。
（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。
上述过程都必须在空气非常稀薄的真空环境中进行。
否则，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；或者蒸发源被加热氧化烧毁；或者由于空气分子的碰撞阻挡，难以形成均匀连续的薄膜。
§1-2 蒸发源的蒸发特性及膜厚分布在真空蒸镀过程中，能否在基板上获得均匀膜厚，是制膜的关键问题。
基板上不同蒸发位置的膜厚，取决于蒸发源的蒸发特性、基板与蒸发源的几何形状、相对位置以及蒸发物质的蒸发量。
真空蒸镀法
真空蒸镀法真空蒸镀法是一种广泛应用于表面处理领域的技术。
它是利用真空环境下的热蒸发、电子轰击等物理过程，将金属、合金等材料蒸发成气态，沉积在基材表面形成一层薄膜的过程。
这种技术可用于制备金属、合金、氧化物、硅、钻石等材料的薄膜，具有广泛的应用前景。
一、真空蒸镀法的工艺流程真空蒸镀法的工艺流程主要包括以下几个步骤：1、基材处理。
在进行蒸镀前，需要对基材进行表面处理，以保证薄膜的附着力和均匀性。
表面处理通常包括机械抛光、化学处理等。
2、真空系统抽真空。
在进行蒸镀过程前，需要将真空腔体内的气体抽出，以保证真空度能够满足蒸镀要求。
真空度的大小对蒸镀薄膜的质量和均匀性有着重要的影响。
3、材料蒸发。
在真空腔体内加热材料，使其蒸发成气态，然后通过控制蒸发速率和蒸发时间，将其沉积在基材表面。
4、薄膜成型。
蒸镀过程中，材料沉积在基材表面形成一层薄膜。
薄膜的厚度、成分和结构等可以通过调节蒸发速率、蒸发角度、沉积时间等参数来控制。
5、退火处理。
薄膜沉积后需要进行退火处理，以提高薄膜的致密性和结晶度，从而提高其物理性能和化学稳定性。
二、真空蒸镀法的应用真空蒸镀法在现代工业中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1、光学薄膜。
真空蒸镀法可用于制备光学薄膜，如反射镜、滤光片、透镜等，具有优异的光学性能。
2、电子器件。
真空蒸镀法可用于制备电子器件，如集成电路、显示器件等，其中金属、合金薄膜可用作电极、导体等。
3、防腐蚀涂层。
真空蒸镀法可用于制备防腐蚀涂层，如金属氧化物薄膜、合金薄膜等，具有优异的耐腐蚀性。
4、装饰涂层。
真空蒸镀法可用于制备装饰涂层，如金属薄膜、合金薄膜等，具有良好的装饰效果和耐久性。
5、生物医学材料。
真空蒸镀法可用于制备生物医学材料，如人工关节、牙科材料等，其中金属、合金薄膜可用作植入物表面涂层，具有良好的生物相容性。
三、真空蒸镀法的优缺点真空蒸镀法作为一种表面处理技术，具有以下优缺点：1、优点：（1）可制备高质量、高纯度的薄膜。
真空蒸镀的原理及设备
真空蒸镀的原理及设备真空蒸镀（Vacuum Deposition）是一种涂层加工技术，利用真空环境下的高温或电子束等方式将金属或无机化合物材料转化为薄膜，实现对底材的改性、功能化或美化等效果。
它广泛用于电子、光电、航天、汽车、建筑等各行业中的表面处理和表面高强度涂覆，例如LED 封装、晶体管、太阳能电池等产品。
一般来说，真空蒸镀主要通过以下几个步骤完成：首先在真空设备中去除空气，将底材进行清洗、抛光等表面处理，以充分发挥应力和结构的稳定性。
接下来，在真空环境下，加热金属固体材料直至蒸发，形成金属蒸气。
利用精密控制的电子源（如电子枪）、电弧、反应炉等方式，将金属蒸气沉积在底材表面，形成均一和致密的薄膜。
最后通过冷却等方式，使薄膜稳定，并对其进行其它后续处理，如切割、清洗等。
真空蒸镀设备由真空系统、辅助系统和控制系统三部分组成。
其中，真空系统主要由泵、阀门、仪表、泄漏探测器等组成，用于控制真空度。
辅助系统提供必要的能量、空气、水等，包括电子枪、电弧阱、反应炉、离子束枪、激光等不同工作方式的组件，用于加热、蒸发、沉积等工艺操作。
控制系统则是整个设备的大脑，由计算机、PLC等手段控制相关参数和工艺流程，确保各个步骤的准确和稳定性。
不同材料的真空蒸镀通过选择不同的金属原料、反应条件、厚度等参数，可以控制薄膜的性能、光学、机械、化学等方面来满足客户的需求。
例如，氧化膜具有良好的化学惰性和耐腐蚀性；反射镀膜用于反射光线、增强亮度和耐腐蚀性；导电膜用于电磁屏蔽、耐磨等等。
总的来说，真空蒸镀技术达到了很高的精度和可靠性，被广泛应用于高科技领域的表面加工和新材料开发中，是现代工业不可替代的重要手段之一。
真空蒸镀银实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解真空蒸镀的原理和操作方法。
2. 掌握银膜在真空蒸镀条件下的制备过程。
3. 分析银膜的质量及其影响因素。
二、实验原理真空蒸镀是一种利用真空环境，将待蒸镀材料加热至汽化升华，然后在基板上沉积形成薄膜的工艺。
本实验采用真空蒸镀方法制备银膜，其主要原理如下：1. 将待蒸镀材料（银）放入真空室内，加热至汽化升华。
2. 在真空环境下，银蒸气分子到达基板表面并沉积，形成银膜。
3. 通过调节真空度、加热温度、蒸发速率等参数，控制银膜的厚度和均匀性。
三、实验材料与设备1. 实验材料：银靶、玻璃基板、真空蒸镀机、真空泵、加热器、温度控制器等。
2. 实验仪器：电子天平、金相显微镜、X射线衍射仪等。
四、实验步骤1. 将玻璃基板清洗干净，晾干后放入真空蒸镀机中。
2. 打开真空泵，将真空室内压力降至1.0×10^-3 Pa。
3. 启动加热器，将银靶加热至600℃。
4. 当银靶温度稳定后，开启蒸镀机，使银靶蒸气分子沉积在玻璃基板上。
5. 调节蒸镀时间，制备不同厚度的银膜。
6. 关闭加热器和真空泵，取出基板，清洗并晾干。
五、实验结果与分析1. 银膜厚度通过调节蒸镀时间，制备了不同厚度的银膜。
利用电子天平测量银膜的质量，计算厚度。
实验结果表明，银膜厚度与蒸镀时间呈正相关，即蒸镀时间越长，银膜厚度越大。
2. 银膜均匀性利用金相显微镜观察银膜的表面形貌。
实验结果表明，银膜表面平整，无明显缺陷，均匀性良好。
3. 银膜成分利用X射线衍射仪分析银膜的成分。
实验结果表明，银膜主要由纯银组成，无杂质。
4. 影响因素分析（1）真空度：真空度越高，银膜质量越好，因为高真空度有利于银蒸气分子在基板上的沉积，减少氧化等不良影响。
（2）加热温度：加热温度越高，银蒸气分子运动越剧烈，有利于银膜的形成。
但过高温度可能导致银膜熔化，影响质量。
（3）蒸发速率：蒸发速率越快，银膜越厚，但过快蒸发可能导致银膜不均匀。
六、实验结论1. 本实验成功制备了银膜，并通过调节蒸镀时间、真空度、加热温度等参数，控制了银膜的厚度和均匀性。
真空蒸镀技术
真空蒸镀技术1. 简介真空蒸镀技术是一种重要的表面处理技术，主要用于金属、合金、陶瓷等材料的表面涂层，以更好地改善材料的性能。
该技术是将材料表面暴露在真空状态下，并使熔化的金属蒸气在材料表面沉积，形成一层致密的金属膜。
2. 工艺流程真空蒸镀技术主要包括三个主要步骤，即清洗处理、真空气化和涂层蒸镀。
2.1 清洗处理清洗是真空蒸镀技术的首要步骤。
其目的是去除材料表面的污垢、油脂和氧化物，并提高表面的粗糙度和增加涂层的附着力。
清洗处理一般有机械清洗、溶剂清洗、电解清洗等多种方法，不同的方法可以根据实际应用情况进行选择。
2.2 真空气化真空气化就是将材料带入真空室，通过机械或电子泵抽出室内气体，使气体压力小于10-3Pa，建立真空环境。
蒸镀室主要由真空室、蒸发室和泵吸系统组成，其内部摆放材料待处理。
为确保工艺成功，在气化过程需要严格控制一些参数：真空度、抽气速率等等。
2.3 涂层蒸镀涂层蒸镀是重要的制备步骤之一。
要获得良好的涂层质量，需要合适的蒸发材料和蒸发温度，(1)首先加热蒸发源，将蒸发材料熔化；(2)在真空气氛下，游离的蒸发材料自发地向上定向地扩散充满整个蒸发器室；(3)沉积在材料上，形成一层金属膜；(4)最后，将蒸发源加温停止，压降蒸发材料使形成良好的密封涂层。
3. 设备真空蒸镀设备性质复杂，系统安全高等标准，要确保技术成功。
常用的真空蒸镀设备包括离子镀膜机、溅射镀膜机等。
其中最广泛使用的是离子镀膜机，其具有高效的气体成分控制，因此可以精确控制膜厚度和成分，使制备的膜更具适应性。
4. 应用真空蒸镀技术在材料科学、光学制造、电子工业等领域具有广泛应用。
例：(1) 金属薄膜应用领域，可以修饰金属表面属性、美观、性能，提高金属表面硬度和耐腐蚀性；(2) 光学薄膜应用领域中，制备的金属膜能够使镜面反射率提高至90%以上；(3) 电子工业，制备的电触点和插座等膜能更好地增强导电性、抗氧化性和耐磨性等等。
5. 综述随着科学技术的不断发展，真空蒸镀技术将继续拓展应用领域，并在未来的材料科技和工业制造领域发挥重要作用。
真空蒸镀法
真空蒸镀法随着现代科技的不断发展，人们对于材料表面的要求也越来越高。
在不同的领域中，如电子、机械、航空等，都需要使用高质量的表面材料来提高产品的性能和寿命。
而真空蒸镀法作为一种新兴的表面处理技术，正逐渐受到人们的关注和应用。
一、真空蒸镀法的原理真空蒸镀法是一种将金属或其他材料蒸发到基底表面上，形成一层薄膜的表面处理技术。
它的原理是利用真空环境下的高温、低压条件，将金属或其他材料加热至其蒸汽压力高于环境压力，使蒸汽分子沉积在基底表面上，形成一层薄膜。
真空蒸镀法的核心设备是真空镀膜机，它包括真空室、加热系统、蒸发源、基底夹持系统、气体控制系统等组成部分。
在真空室内，先将基底表面进行清洗和处理，然后将蒸发源中的金属或其他材料加热至其蒸汽压力高于环境压力，使蒸汽分子沉积在基底表面上，形成一层薄膜。
二、真空蒸镀法的应用真空蒸镀法在电子、机械、航空等领域中有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景：1. 电子行业在电子行业中，真空蒸镀法被广泛应用于电子元器件的制造。
例如，将金属蒸发到半导体材料表面上，可以形成金属导线或金属电极，提高电子元器件的导电性和稳定性。
此外，还可以利用真空蒸镀法制备电子显示器的背光板、触摸屏等。
2. 机械行业在机械行业中，真空蒸镀法被应用于制造高硬度、高耐磨的刀具、轴承等零部件。
例如，将钛合金蒸镀在刀具表面上，可以提高其硬度和耐磨性，延长使用寿命。
3. 航空航天行业在航空航天行业中，真空蒸镀法被广泛应用于制造高温合金材料的表面涂层。
例如，将铬、铝等金属蒸镀在航空发动机叶片表面上，可以提高其耐高温性能，延长使用寿命。
三、真空蒸镀法的优势和不足真空蒸镀法与传统的表面处理技术相比，具有以下优势：1. 薄膜质量高：真空蒸镀法可以制备出质量高、厚度均匀的薄膜，具有良好的光学、电学性能。
2. 工艺灵活：真空蒸镀法可以制备出不同材料的薄膜，可以根据不同的应用需求进行调整。
3. 环保节能：真空蒸镀法不需要使用有害化学物质，对环境无污染；同时，其能耗较低，节能效果显著。
真空蒸镀技术及应用
真空蒸镀技术及应用一、引言真空蒸镀技术是一种将金属或非金属材料蒸发到基材表面形成一层薄膜的表面处理技术。
它已经广泛应用于光学、电子、机械、化工等领域，成为现代工业中不可或缺的重要工艺之一。
二、真空蒸镀技术的原理真空蒸镀技术是利用高温加热材料，在真空环境下使其升华成气体，然后通过控制沉积速度和沉积厚度，将气体沉积到基材表面形成一层薄膜的过程。
通常所使用的设备包括真空室、加热源、材料源和控制系统等。
三、真空蒸镀技术的分类1. 热阴极离子镀（ICCD）：利用电子轰击热阴极产生离子，并在离子束加速下沉积到基材表面上。
2. 静电喷涂（ESD）：利用高电压静电场将粉末颗粒喷向基材表面，并在表面上形成涂层。
3. 磁控溅射（MPS）：利用磁场控制离子束的方向和能量，将材料源溅射到基材表面上。
4. 电弧离子镀（ECD）：利用电弧加热材料源，产生高温高压等离子体，并在离子束加速下沉积到基材表面上。
四、真空蒸镀技术的应用1. 光学领域：真空蒸镀技术可以制备各种光学膜，如反射膜、透明导电膜、滤光片等。
其中，反射膜广泛应用于太阳能电池板、车灯反光器等领域。
2. 电子领域：真空蒸镀技术可以制备各种电子元器件，如集成电路、晶体管等。
其中，金属化工艺是半导体工业中必不可少的一环。
3. 机械领域：真空蒸镀技术可以制备各种功能性涂层，如防磨损涂层、防氧化涂层等。
其中，钛金合金涂层广泛应用于航空航天领域。
4. 化工领域：真空蒸镀技术可以制备各种催化剂、电极材料等。
其中，铂金属催化剂是汽车尾气净化领域中最常用的材料之一。
五、真空蒸镀技术的发展趋势随着科技的不断进步，真空蒸镀技术也在不断发展。
未来，其发展趋势主要有以下几个方向：1. 多功能化：将多种功能性涂层集成到一个基材上，实现多种功能。
2. 微纳加工：利用纳米级别的材料和结构，实现微观加工和制造。
3. 环保化：利用环保型材料和工艺，减少对环境的污染。
4. 自动化：利用计算机控制系统自动调节各项参数，提高生产效率和质量。
真空蒸镀原理
真空蒸镀原理
真空蒸镀是一种常见的表面处理技术，它利用真空环境中的蒸
发材料将其沉积到基材表面上，以改善基材的性能和外观。
在真空
蒸镀过程中，原子或分子从固体材料表面蒸发，然后沉积在基材表面，形成一层薄膜。
本文将介绍真空蒸镀的原理及其相关知识。
首先，真空蒸镀的原理是基于蒸发和沉积两个基本过程。
在真
空环境中，蒸发源加热后，固体材料表面的原子或分子将蒸发成气态，并在真空腔室中扩散。
随后，这些蒸发物质会沉积在基材表面，形成一层均匀的薄膜。
这个过程需要在高真空条件下进行，以避免
气体分子对薄膜的影响。
其次，真空蒸镀的原理还涉及到薄膜的成分和结构控制。
通过
选择不同的蒸发材料、调节蒸发速率和沉积时间，可以控制薄膜的
成分和厚度。
此外，还可以通过控制基材的旋转速度和倾斜角度，
以及引入辅助气体或离子束等手段，来调控薄膜的结构和性能。
另外，真空蒸镀的原理还包括了薄膜的应用和发展。
薄膜材料
在光学、电子、机械等领域有着广泛的应用，如镜片、导电膜、防
划膜等。
随着科学技术的不断进步，真空蒸镀技术也在不断发展，
涌现出了多种新型薄膜材料和加工工艺，以满足不同领域对薄膜性能的需求。
综上所述，真空蒸镀是一种基于真空环境中蒸发和沉积过程的表面处理技术，其原理涉及蒸发和沉积两个基本过程、薄膜的成分和结构控制，以及薄膜的应用和发展。
通过对真空蒸镀原理的深入了解，可以更好地应用和推广这一技术，为材料表面处理和薄膜材料应用提供更多可能性。
真空蒸镀介绍
(4) 触针法
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。 (a) 差动变压器法
触针测厚计的传感器 (a)差动变压器法；(b)阻抗法
3
真空蒸镀原理
4
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 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。 真空蒸镀的优缺点： 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；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。
(c) 等厚干涉条纹法
原理（测量膜厚的标准方法） 如果在楔形薄膜上产生单色干涉光，则在一定厚度下就能 满足最大和最小的干涉条件，可观察到明暗相间的平行条纹。 如果厚度不规则，则干涉条纹也呈现不规则的形状。 测量的薄膜膜厚t为：
L t L 2
L是条纹间距；ΔL是条 纹的位移；λ是单色光 的波长。
5
真空蒸发镀膜时保证真空条件的必要性： 三个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。
蒸发源的类型:关于蒸发源的形状可根据蒸发材 料的性质，结合考虑与蒸发源材料 的湿润性， 制作成不同的形式和选用不同的蒸发源物质。
真空蒸镀工艺
真空蒸镀工艺一、工艺概述真空蒸镀是一种将金属或非金属材料沉积在基材表面的工艺。
它可以改善基材的外观和性能，增加其耐磨性、耐腐蚀性和导电性等。
真空蒸镀工艺包括预处理、真空排气、加热、沉积和冷却等环节。
二、工艺流程1. 基材清洗：将待处理的基材放入清洗槽中，用去离子水或有机溶剂清洗表面的污垢和油脂。
2. 真空排气：将清洗后的基材放入真空室内，通过机械泵和分子泵将室内压力降至10^-3~10^-5Pa。
3. 加热：使用电阻加热器或感应加热器对基材进行加热，使其表面温度达到200~300℃。
4. 沉积：在基材表面形成金属或非金属涂层。
常用的沉积方法有电弧离子镀、直流磁控溅射和反应式磁控溅射等。
5. 冷却：冷却基材，使其表面温度降至室温。
三、各环节详解1. 基材清洗基材清洗是真空蒸镀工艺的第一步，其目的是去除表面污垢和油脂，保证基材表面干净。
清洗方法有机械清洗、化学清洗和超声波清洗等。
其中，化学清洗常用的溶液有酸碱溶液、氧化剂溶液和有机溶剂等。
2. 真空排气真空排气是真空蒸镀工艺中最重要的环节之一。
在真空室内排除氧气和其他杂质气体，可以避免反应产生不良影响。
排气方法有静态排气和动态排气两种。
静态排气是在真空室内关闭所有阀门，使用机械泵将室内压力降至10^-3~10^-5Pa；动态排气则是在机械泵的辅助下使用分子泵或扩散泵将室内压力降至10^-6~10^-7Pa。
3. 加热加热是为了使基材表面温度达到沉积温度，以便于金属或非金属材料沉积在基材表面。
加热方法有电阻加热器和感应加热器两种。
电阻加热器是通过电流通过导体产生热能，使基材表面温度升高；感应加热器则是利用交变磁场在导体中产生涡流，从而使基材表面温度升高。
4. 沉积沉积是将金属或非金属材料沉积在基材表面的过程。
常用的沉积方法有电弧离子镀、直流磁控溅射和反应式磁控溅射等。
其中，电弧离子镀是将两个相同金属电极放入气体环境中，在极点处形成高温等离子体，使其蒸发并沉积在基材表面；直流磁控溅射则是使用带有靶材的阳极，在气体环境中形成等离子体，使靶材蒸发并沉积在基材表面；反应式磁控溅射则是在气体环境中利用化学反应来形成所需涂层。
真空蒸镀
加热方式
真空蒸镀使用的加热方式主要有：电阻加热、电子束加热。射频感应加热、电弧加热和激光加热等几种。不 论哪一种加热方式，都要求作为蒸发源的材料具有以下性能：熔点高；蒸气压低；在蒸发温度下不与大多数蒸发 材料发生化学反应或互溶，同时具有一定的机械强度。
设备
真空蒸镀装置由真空抽气系统和蒸发室组成。
真空抽气系统由（超）高真空泵、低真空泵、排气管道和阀门等组成。此外，还附有冷阱(用以防止油蒸气的 返流)和真空测量计等。蒸发室大多用不锈钢制成。在蒸发室内配有真空蒸镀时不可缺少的蒸发源、基片和蒸发空 间。此外，还置有控制蒸发原子流的挡板，测量膜厚并用来监控薄膜生长速率的膜厚计，测量蒸发室的真空变化 和蒸发时剩余气体压力的(超)高真空计，以及控制薄膜生长形态和结晶性的基片温度调节器等。
工艺流程
真空蒸镀工艺一般包括基片表面清洁、镀膜前的准备、蒸镀、取件、镀后处理、检测、成品等步骤。
(1)基片表面清洁。真空室内壁、基片架等表面的油污、锈迹、残余镀料等在真空中易蒸发，直接影响膜层 的纯度和结合力。镀前必须清沽干净。
(2)镀前准备。镀膜室抽真空到合适的真空度，对基片和镀膜材料进行预处理。加热基片，其目的是去除水 分和增强膜基结合力。在高真空下加热基片，能够使基片的表面吸附的气体脱附。然后经真空泵抽气排出真空室， 有利于提高镀膜室真空度、膜层纯度和膜基结合力。然后达到一定真空度后．先对蒸发源通以较低功率的电，进 行膜料的预热或者预熔，为防止蒸发到基板上，用挡板遮盖住蒸发源及源物质，然后输入较大功率的电，将镀膜 材料迅速加热到蒸发温度，蒸镀时再移开挡板。
真空蒸镀法
真空蒸镀法真空蒸镀法是一种常见的金属表面处理技术，它的原理是通过高温蒸发，让金属蒸发成气体，然后在材料表面沉积形成金属膜层。
该方法广泛应用于制造电子器件、光学元件、化工设备、汽车外壳等领域。
本文将从原理、优点、应用等方面进行详细介绍。
1.原理真空蒸镀法是一种物理气相沉积技术，它基于高温下的蒸发使金属形成气态，随后将气态金属传输到材料表面并沉积。
在用真空将待沉积物品内外排气至较低压力的同时，使用高频电源加热，使得源材料蒸发成气体。
经过一系列反应、传输、降温过程后，源材料最终在被镀的物品表面沉积，形成金属膜层。
2. 优点真空蒸镀法具有诸多优点，如下：（1）厚度均匀：真空蒸镀法利用原子或分子沉积在表面，可以使膜层厚度均匀，避免有些地方厚度过薄而某些地方过厚的情况出现。
（2）适用范围广：真空蒸镀法可以涂覆各种固态材料并可以制备出不同特性的材料，能够适应各种特殊要求的镀膜需求。
例如，可以制备出金属膜、合金膜、氧化膜、硝化膜等。
（3）反应过程可控：真空蒸镀法具有反应过程可控的特点，可以控制源材料的温度，控制气体条件，从而控制所制备膜层的成分和性质等。
（4）成本低廉：相对于其他镀膜技术，真空蒸镀法设备的制造成本较低，其实施所需的能源和材料成本也比其他技术少得多。
（5）对环境的影响小：它是对周围环境的污染很小，因为它不仅不需要水，而且产生残留的化学物，如涂料时。
3. 应用范围真空蒸镀法广泛应用于建筑、机械、航空、电器、电子、医疗、通讯、照明等领域。
其中，最常用的是在光学镜片表面镀上透明金属膜，使得透明度更高，光学性能更优越。
此外，真空蒸镀法也被用于生产太阳能电池板，从而提高其转换效率，也被用于制造触摸屏显示器、复合材料等。
4. 应用案例（1）汽车外观：汽车的外观对其销售很重要，镀膜可以使车身更加光滑并且具有抗蚀性。
汽车上的镉电池灯、车轮、后视镜等经过真空蒸镀法镀上铬层，使得它们看起来更加美观。
（2）光学器件：在制造望远镜、摄像机、摄影设备等装置时，通常需要使用反射镜或反射镜。
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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在一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体处 于平衡过程中所表现出的压力，称为该物质在该温度下的 饱和蒸气压。
5
镀料的蒸发
➢饱和蒸气压
6
镀料的蒸发
➢饱和蒸气压
7
镀料的蒸发
➢饱和蒸气压
一些常用材料的蒸气压与温度关系
金 分子量
属
10-8
Au 197
Ag 107.9
Al
27
Ga 69.7
断进行瞬时控制。 • MBE的衬底温度低，降低了界面上热膨胀引入的晶格失配效应
和衬底杂质对外延层自掺杂扩散的影响。 • MBE是一个动力学过程，即将入射的中性粒子（原子或分子）
一个一个地堆积在衬底上进行生长，而不是一个热力学过程， 所以它可以生长普通热平衡生长难以生长的薄膜。 • MBE生长速率低，有利于精确控制薄膜厚度、结构和成分。
23
蒸发源
➢激光束蒸发
优点： • 激光加热可以达到极高的温度，可蒸发任何高熔点材
料，且获得很高的蒸发速率； • 非接触式加热，完全避免了蒸发源的污染，简化了真
空室，非常适合在超高真空下制备高纯薄膜; • 能对某些化合物或合金进行“闪烁”蒸发，有利于保
证薄膜成分的组成和防止分解，是淀积介质薄膜、半 导体薄膜和无机化合物薄膜的好方法。
缺点： 费用高
24
蒸发源的蒸发特性
镀料熔化后，若有沿蒸发源上扩展的倾向时，两者是浸润的。 反之，若在蒸发源上有凝聚而接近于形成球形的倾向时，是 不浸润的。
浸润－面蒸发源 不浸润－点蒸发源
25
蒸发源的蒸发特性
点蒸发源与面蒸发源
26
蒸发源的蒸发特性
点蒸发源与面蒸发源
27
蒸镀装置及操作
1. 放置基片 2. 排气 3. 加热基片 4. 蒸发源除气 5. 蒸镀 6. 关闭 7. 换样品
第六章 真空镀
1
蒸发镀膜概述
➢ 真空蒸发镀膜： 把装有基片的真空室抽成真空，使气压达到 10-2Pa以下，然后加热蒸发源中的镀料，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。
2
蒸发镀膜概述
➢ 真空蒸发结构
• 真空室：为蒸发过程提 供必要的真空环境;
• 蒸发源: 放置蒸发材料并 对其加热；
1220 958 1085 1015 1420 450 392 423 2140 2510 2680
1405 1105 1245 1180 1610 520 450 477 2410 2860 3030
1670 1300 1490 1405 1905 617 538 550 2730 3330 3500
电子束蒸发源定义：将镀料放入水冷铜坩埚中，利用高能 电子束轰击镀料，使其受热蒸发。
15
蒸发源
➢电子束蒸发源
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，适宜制备高纯度薄膜。 • 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。
31
化合物膜的蒸镀
常采用反应蒸发法、三温度法、热壁法和分子束外延法等。
➢反应蒸发法
许多化合物在高温蒸发过程中 会产生分解，例如直接蒸发 A12O3、TiO2等都会产生失氧， 为此宜采用反应蒸发。
将活性气体导入真空室，并与 蒸发源逸出的金属原子、低价 化合物分子在基板表面淀积过 程中发生化学反应，从而形成 所需高价化合物薄膜。
1. 结构简单 2. 使用方便 3. 造价低廉
1. 不能蒸发某些难熔金属， 2. 不能制备高纯度薄膜。
12
蒸发源
➢电阻蒸发源
为了使蒸发源材料所蒸发的数量非常少，在选择蒸发源材料 时，要保证镀料的蒸发温度应低于该表中蒸发源材料在平衡蒸气 压为 10-8 Torr时的温度。
13
蒸发源
➢电阻蒸发源：常用的蒸发源形状
缺点：
• 可使蒸发气体和残余气体电离，有时会影响膜层质量；
• 电子束蒸镀装置结构复杂，价格昂贵；
• 产生的软X射线对人体有一定的伤害。
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蒸发源
➢电子束蒸发源：结构型式
根据电子束蒸发源的型式不同，可分为环抢、直枪、e型枪、 空心阴极枪，由于环抢、直枪固有缺点，近年来用的比较多 的有e型枪、空心阴极枪。 电子枪需要在高真空条件下才能正常发射电子束。
17
蒸发源
➢电子束蒸发源：结构型式
直枪蒸发源简图
• 使用方便，能 量密度高，易 于调节控制。
• 体积大、成本 高，蒸镀材料 会污染枪体结 构，存在从灯 丝逸出的Na离 子污染
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蒸发源
➢电子束蒸发源：结构型式
e型枪的结构和工作原理
19
蒸发源
➢电子束蒸发源：结构型式
• e 型枪优点：
1）电子束偏转270度，避免了正离子对膜的影响。 2）吸收极使二次电子对基板的轰击减少。 3）结构上采用了内藏式阴极，既防止极间放电，又避
蒸发温度
102
2040 1605 1830 1745 2330 760 665 645 3170 3980 4180
熔点 （K）
蒸发速 率*
1336 1234 932 303 1685 693 594 1090 4130 3270 3650
6.1 9.4 18 11 15 17 14 17 19 4.5 4.4
• 其突出的优点是能生长极薄的单晶膜层，且能够精确控制 膜厚、组分和掺杂。
• 适于制作微波、光电和多层结构器件。
35
化合物膜的蒸镀
➢分子束外延 分子束外延设备
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化合物膜的蒸镀
➢分子束外延
37
化合物膜的蒸镀
➢分子束外延
特点： • MBE可以严格控制薄膜生长过程和生长速率。 • MBE是一个超高真空的物理淀积过程，利用快门可对生长和中
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化合物膜的蒸镀
➢分子束外延
• 分子束外延(MBE)：是在10-8Pa的超高真空条件下，将薄膜 诸组分元素的分子束流，直接喷到衬底表面，从而在其上 形成外延层的技术。其中未被基片捕获的分子，及时被真 空系统抽走，保证到达衬底表面的总是新分子束。
• MBE是在适当的衬底和合适的条件下，沿衬底材料晶轴方 向生长一层结晶结构完整的新单晶层薄膜的方法，故称该 工艺为外延。新生的单晶层叫外延层。
优点：可以获得成分均匀的薄膜， 方便进行掺杂。
缺点：蒸发速率难于控制，蒸发速 率不能太快。
多 用 于 Ⅲ-Ⅴ 族 及 Ⅱ-Ⅵ 半 导 体 化 合 薄膜的制作。
30
合金膜的蒸镀
➢ 双源或多源蒸发法
将要形成合金的 每一成分，分别装入 各自的蒸发源中，然 后独立地控制其蒸发 速率，使达到基板的 各种原子符合组成要 求。为使薄膜厚度分 布均匀，基板常需要 进行转动。
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化合物膜的蒸镀
➢反应蒸发法
33
化合物膜的蒸镀
➢三温度法
当把Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料置于坩 埚内加热蒸发时，温度在沸点以上， 半导体材料就会发生热分解，分馏出 组分元素。由于Ⅴ族元素的蒸气压比 Ⅲ族元素大得多，淀积在基板上的膜 层会偏离化合物的化学计量比。所以 发展了三温度蒸发法。
分别控制低蒸气压元素(Ⅲ)的蒸发温度 TⅢ、高蒸气压元素(Ⅴ)的蒸发温度TⅤ 和基板温度TS，一共三个温度，即三 温度法。
28
合金膜的蒸镀
蒸发二元以上的合金及化合物的主要问题，是蒸发材料在气 化过程中，由于各成分的饱和蒸气压不同，使得其蒸发速率 也不同，会发生分解和分馏，从而引起薄膜成分的偏离。
在真空蒸发法制作合金薄膜时，为保证薄膜组成，经常采 用瞬时蒸发法、双蒸发源法等。
29
合金膜的蒸镀
➢ 瞬时蒸发法
瞬时蒸发法又称“闪烁”蒸发 法。是将细小的合金颗粒，逐次送 到非常炽热的蒸发器或者坩埚中， 使一个个的颗粒实现瞬间完全蒸发。
8
镀料的蒸发
➢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1000 m/s，对应的 平均动能约为0.1-0.2eV。
➢蒸发速率
单位时间蒸发到基板上的蒸发物质的量 (分子数或质量)。
dG (20 ~ 30) dT
G
T
可见，蒸发源温度的微小变化即可引起蒸发速率发生很大
直接加热式块状蒸 发源，用石墨、氮 化硼等做成导电坩 埚。电、热、机械、
抗蚀性能稳定。
间接加热式蒸发 源。多用于熔点 低、化学活性大、 容易与加热丝形
成合金的镀料
14
蒸发源
➢电子束蒸发源
电子束加热原理是基于电子在电场作用下，获得动能轰击 处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸 发镀膜。
直接加热法：W、Mo、Ta 间接加热法：Al2O3、BeO 等坩埚
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蒸发源
➢电阻蒸发源
• 对蒸发源材料的要求：
1. 高熔点 2. 饱和蒸气压低 3. 化学性能稳定，高温下不与蒸发材料反应 4. 良好的耐热性，热源变化时，功率密度变化小 5. 原料丰富、经济耐用
• 电阻蒸发源的优点： 电阻蒸发源的缺点：
• 基板：用于接收蒸发物 质并在其表面形成固体 物质；
• 基板加热器及测量器等。
3
蒸发镀膜概述
➢ 蒸发镀膜的三个条件：
• 热的气相源 •低温基板（基片） •真空环境
➢ 蒸发镀膜的三个基本过程：
• 加热蒸发过程 • 气相原子或分子的输运过程（源-基距） • 蒸发原子或分子在基片表面的淀积过程
4
镀料的蒸发
的变化。因此在制膜过程中，要想控制蒸发速率，必须精确控
制蒸发源的温度，加热时应尽量避免产生过大的温度梯度。
9