真空蒸镀技术
真空蒸镀非金属薄膜工艺
真空蒸镀非金属薄膜工艺
基本原理
真空蒸镀非金属薄膜工艺基于物理气相沉积的原理，通过在真
空环境中加热非金属材料，使其蒸发成气体，然后在基底材料表面
形成薄膜层。
这种工艺可以控制薄膜的厚度和成分，从而实现不同
性能的涂层。
应用领域
真空蒸镀非金属薄膜工艺在以下领域得到广泛应用：
- 光学器件：用于制备光学膜片，例如透镜、滤波器、反射镜等。
- 电子器件：用于制备电子元件的保护层、传感器的增强层等。
- 化学材料：用于改善化学材料的稳定性、耐腐蚀性等。
制备步骤
真空蒸镀非金属薄膜的制备步骤如下：
1. 准备基底材料：选择适合的基底材料，清洗和处理其表面，
以提供良好的粘附性。
2. 准备蒸发源：选择适合的非金属材料作为蒸发源，将其加热至蒸发温度。
3. 建立真空环境：将制备系统放入真空腔室中，泵出大部分空气，以建立高真空环境。
4. 沉积薄膜：通过控制蒸发源的温度和时间，将蒸发的非金属材料沉积在基底材料表面，形成薄膜层。
5. 测量和分析：对所制备的薄膜进行性能测试和分析，以确保其满足要求。
总结
真空蒸镀非金属薄膜工艺是一种重要的表面涂层技术，具有广泛的应用领域。
通过了解其基本原理和制备步骤，我们可以更好地理解和应用该工艺。
在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的非金属材料和工艺参数，以实现所需的涂层效果。
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。
第三章-真空蒸镀
式中，A，B分别为与材料性质有关的常数，可以直接由实 验确定或由文献查得。 对大多数材料，在蒸汽压小于1Torr的温度范围内，此式是蒸
发材料的饱和蒸汽压与温度之间一个比较精确的表达式。
上式的准确度较差，但方便实用。
一些金属的蒸汽压方程中的计算常数
金属 Li Na K Cs Cu Ag Au Be Mg Ca Mo W U Mn Fe A 10.99 10.72 10.28 9.91 11.96 11.85 11.89 12.01 11.64 11.22 11.64 12.40 11.59 12.14 12.44 B 8.07×103 5.49×103 4.48×103 3.80×103 1.698×104 1.427×104 1.758×104 1.647×104 7.65×103 8.94×103 3.085×104 4.068×104 2.331×104 1.374×104 1.997×104 金属 Sr Ba Zn Cd B Al La Ga In C Co Ni Ru Rh Pd A 10.71 10.70 11.63 11.56 13.07 11.79 11.60 11.41 11.23 15.73 12.70 12.75 13.50 12.94 11.78 B 7.83×103 8.76×103 6.54×103 5.72×103 2.962×104 1.594×104 2.085×104 1.384×104 1.248×104 4×104 2.111×104 2.096×104 3.38×104 2.772×104 1.971×104 金属 Si Ti Zr Th Ge Sn Pb Sb Bi Cr Os Ir Pt V Ta A 12.72 12.50 12.33 12.52 11.71 10.88 10.77 11.15 11.18 12.94 13.59 13.07 12.53 13.07 13.04 B 2.13×104 2.32×104 3.03×104 2.84×104 1.803×104 1.487×104 9.71×103 8.63×103 9.53×103 2.0×104 3.7×104 3.123×104 2.728×104 2.572×104 4.021×104
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。
OLED真空蒸镀
OLED真空蒸镀一、基本知识真空蒸镀：真空中通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使被蒸材料蒸发成原子或分子，它们随即以较大的自由程作直线运动，碰撞基片表面而凝结，形成薄膜。
所以要求镀膜室里残余分子的自由程大于蒸发源到基片的距离，保证镀膜的纯净和牢固。
真空测量工具：测量真空的装置称为真空规，常用的热偶真空规和电离真空规。
热偶真空规可以测量0.1～10Pa的压强，利用低压下气体的热传导与压强成正比的原理；电离真空规利用电子与气体分子碰撞产生电离电流随压强变化的原理制成，可测量范围是10－1～10－6Pa。
注意，电离真空规必须在0.1Pa以下使用，否则会损坏装置。
真空膜层检测系统：石英芯片微量天平系统（QCM），其工作原理为蒸镀过程中随着材料的蒸发，石英芯片质量增加，从而改变石英芯片的固有振荡周期，将石英振荡器组装到振荡回路中使薄膜质量的变化作为频率的变化读出。
二、蒸镀设备简介功能：实现有机膜层的蒸镀和无机膜层的蒸镀。
工作原理：利用电阻产生热能，将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在基片表面析出的过程。
OLED蒸镀分为有机材料蒸镀和无机蒸镀，有机材料蒸镀：在高真空腔室中设有多个放置有机材料的蒸发源，加热蒸发源蒸镀有机材料，并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。
ITO玻璃基板放置在样品托架上，其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案；无机蒸镀：在有机材料薄膜蒸镀完成后进行蒸镀，用于金属电极蒸镀的源通常采用钼、钽和钨等材料制作，以便用于不同的金属电极蒸镀(主要是防止舟金属与蒸镀金属发生化学反应)。
从如下两方面——蒸镀系统和其系统功能的描述对蒸镀设备系统进行简要概括。
（一）蒸镀系统蒸镀系统结构包括：操作接口、Infeed Load/Lock传输腔体、Plasma真空腔体、有机蒸镀真空腔体、金属蒸镀真空腔体、材料蒸镀控制柜、手套箱、气体循环系统。
1、操作接口控制软件的各操作接口与设备各组成部分一一对应，以控制设备的相应气阀及机动操作。
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。
镀铝镜子原片的真空蒸镀工艺参数分析
镀铝镜子原片的真空蒸镀工艺参数分析镀铝是一种常见的表面处理工艺，它能够使原片表面呈现出金属光泽和反射性，常用于制作镜子。
真空蒸镀是镀铝工艺中最常用的方法之一，通过在真空环境中加热铝材料，使其蒸发并沉积在待加工的原片表面上。
在进行真空蒸镀工艺时，多个参数的设置对镜子的质量和性能有着重要的影响。
本文将对镀铝镜子原片的真空蒸镀工艺参数进行详细的分析。
首先，工艺温度是真空蒸镀中最重要的参数之一。
温度的选择会影响铝材料的蒸发速率和沉积速率，直接影响到涂层的厚度和均匀性。
一般来说，温度在600℃至700℃之间可以获得较好的蒸发效果。
温度过低会导致蒸发速率较慢，涂层厚度不均匀；而温度过高则会导致铝材料过度蒸发，从而降低涂层的附着力和光学性能。
因此，在进行真空蒸镀时，需要在一定范围内调整温度，以达到最佳的工艺效果。
其次，蒸镀时间也是一个关键的参数。
蒸镀时间的长短决定了铝材料在原片表面的沉积厚度。
在确定了所需的涂层厚度后，根据蒸发速率，可以计算出所需的蒸镀时间。
过短的蒸镀时间会导致涂层过薄，不符合要求；而过长的蒸镀时间则会造成资源的浪费。
因此，在实际操作中，需要根据所需涂层厚度和蒸发速率，合理调整蒸镀时间，以获得理想的镀层厚度。
而后，真空度也是决定蒸镀效果的重要参数之一。
较高的真空度可以减少气体和杂质对蒸镀涂层的污染，提高涂层的质量和均匀性。
真空度的要求通常在10^-4至10^-6帕之间，可以通过真空泵和其他辅助设备进行调节。
值得注意的是，随着镀膜面积和设备尺寸的增加，维持较高真空度需要更强大的设备支持。
因此，在实际操作中，需要综合考虑设备的实际情况和所需涂层质量的要求，适当调整真空度的设置。
此外，镀铝镜子原片的真空蒸镀还需要注意一些其他参数的设置。
例如，镀层厚度的均匀性可以通过调整蒸镀源与待加工表面之间的距离来实现。
较大的距离可以实现均匀的涂层，但蒸发速率会受到影响；较小的距离可以提高蒸发速率，但可能导致涂层厚度不均匀。
真空蒸镀加工技术方法大全
真空蒸镀加工技术方法大全
以下是一些常见的真空蒸镀加工技术方法：
1. 磁控溅射：使用高速电子轰击原子，将材料蒸发并沉积在基底上。
2. 电子束蒸发：使用高能电子束，将材料蒸发并沉积在基底上。
3. 电弧蒸发：使用高温电弧，将材料蒸发并沉积在基底上。
4. 离子镀膜：使用离子束轰击材料，将材料蒸发并沉积在基底上。
5. 分子束蒸发：使用高速被蒸发物质的分子束，将材料蒸发并沉积在基底上。
6. 热蒸发：将材料加热到高温，使其蒸发并沉积在基底上。
7. 物理气相沉积：使用反应气体和基底材料之间的物理反应，将材料沉积在基底上。
8. 化学气相沉积：使用反应气体和基底材料之间的化学反应，将材料沉积在基底上。
9. 磁控反应离子镀：使用离子束轰击反应气体和基底材料，使其在基底上反应并沉积。
10. 电子束物理沉积：使用电子束轰击反应气体和基底材料，
使其在基底上反应并沉积。
真空蒸镀金属薄膜工艺
真空蒸镀金属薄膜工艺一、概述真空蒸镀金属薄膜是在真空条件下，将金属蒸镀在薄膜基材的外表而构成复合薄膜的一种新工艺。
被镀金属资料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等，其中用的最多的是铝。
在塑料薄膜或纸张外表〔单面或双面〕镀上一层极薄的金属铝即成为镀铝薄膜，它普遍地用来替代铝箔复合资料如铝箔/塑料、铝箔/纸等运用。
镀铝薄膜与铝箔复合资料相比具有以下特点：〔1〕大大增加了用铝量，节省了动力和资料，降低了本钱，复合用铝箔厚度多为7～8pm，而镀铝薄膜的铝层厚度约为0.05nm左右，其耗铝量约为铝箔的1/140～1/180，且消费速度可高达450m/min。
〔2〕具有优秀的耐折性和良好的韧性，很少出现针孔和裂口，无揉曲龟裂现象，因此对气体、水蒸汽、气息、光线等的阻隔性提高。
〔3〕具有极佳的金属光泽，光反射率可达97%；且可以经过涂料处置构成黑色膜，其装潢效果是铝箔所不及的。
〔4〕可采用屏蔽式停止局部镀铝，以取得恣意图案或透明窗口，能看到内装物。
〔5〕镀铝层导电功用好，能消弭静电效应；其封口功用好，尤其包装粉末状产品时，不会污染封口局部，保证了包装的密封功用。
〔6〕对印刷、复合等后加工具有良好的顺应性。
由于以上特点，使镀铝薄膜成为一种功用优秀、经济美观的新型复合薄膜，在许多方面已取代了铝箔复合资料。
主要用于风味食品、农产品的真空包装，以及药品、化装品、香烟的包装。
另外，镀铝薄膜也少量用作印刷中的烫金资料和商标标签资料等。
二、镀膜基材镀铝薄膜的基材主要是塑料薄膜和纸张。
真空蒸镀工艺对被镀基材有以下几点要求：〔1〕耐热性好，基材必需能耐受蒸发源的辐射热和蒸发物的冷凝潜热。
〔2〕从薄膜基材上发生的挥发性物质要少；对吸湿性大的基材，在镀膜前理。
〔3〕基材应具有一定的强度和外表平滑度。
〔4〕对蒸镀层的粘接性良好；关于PP、PE等非极性资料，蒸镀前应停止外表处置、以提高与镀层的粘接性。
常用的薄膜基材有：BOPET、BONY、BOPP、PE、PVC等塑料薄膜和纸张类。
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。
第6章 真空蒸镀
熔点 （K）
蒸发速 率*
1336
6.1
1234
9.4
932
18
303
11
1685
15
693
17
594
14
1090
17
4130
19
3270
4.5
3650
4.4
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1000-2500 ℃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。
• 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
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
Si 28.1
Zn 65.4
Cd 112.4
As 74.9
C
12
Ta 181
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
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。
蒸发源
蒸发源是蒸发装置的关键部件，最常用的有：
电子枪需要在高真空条件下才能正常发射电子束。
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
真空蒸镀技术在LED器件制造中的应用
真空蒸镀技术在LED器件制造中的应用随着LED技术的不断发展，LED器件制造技术也越来越先进。
其中，真空蒸镀技术作为一种常用的器件制造技术，已经得到了广泛的应用。
今天，我们来一起探讨一下真空蒸镀技术在LED器件制造中的应用。
一、真空蒸镀技术的概述首先，我们来简单介绍一下真空蒸镀技术。
真空蒸镀技术是一种利用真空条件下的物理或化学方法，在材料表面蒸发或沉积金属和非金属元素或化合物的一种新型表面材料技术。
具体来说，真空蒸镀技术是通过将各种材料加热至一定温度下，通过真空泵将器件内部压力降到一定值，使金属或者化合物熔化或者气化，然后在材料表面进行沉积或蒸发，最终将目标物质沉积于器件表面的一种表面沉积技术。
二、真空蒸镀技术在LED器件中的应用真空蒸镀技术在LED器件中的应用可以分为以下几个方面：1、LED芯片防反射涂层LED芯片是LED器件中最重要的部分。
防反射涂层可以有效地提高LED芯片的光电转换效率。
真空蒸镀技术是制造LED芯片防反射涂层的最佳方法之一。
利用真空蒸镀技术可以在LED芯片表面制造出不同反射系数的金属涂层，从而防止外部光线反射，提高LED芯片的光电转换效率。
2、LED透镜和光电学器件的制造LED透镜和光电学器件是LED器件中的重要组成部分，对其光学性能要求极高。
利用真空蒸镀技术可以在器件表面制造微米级别的金属或化合物涂层，从而达到不同光学效果。
例如，制造出反射镜面、反射镜、分光镜、滤光镜等，这些提高了LED器件的效率，同时提高了装置的使用寿命。
3、LED器件外观处理LED器件外观处理主要是利用不同颜色的金属涂层装饰LED 器件表面，提高LED器件的美观性和装饰效果。
通过真空蒸镀技术可以处理出不同颜色的金属涂层，如金色、银色、蓝色等，从而实现不同外观效果。
三、真空蒸镀技术在LED器件制造中的优势相较于传统的制造方法，真空蒸镀技术在LED器件制造中有着独特的优势：1、制造成本低真空蒸镀技术可以制造微米级别的薄膜，而且能够在不同材料之间实现复合，因此可以减少材料的使用，降低了制造成本。
真空蒸镀原理
真空蒸镀原理
真空蒸镀是一种常用的表面处理技术，它通过在真空条件下将
金属或化合物材料蒸发成蒸气，然后沉积在基材表面，形成一层薄膜。
这种技术在电子、光学、机械等领域有着广泛的应用，下面我
们就来详细了解一下真空蒸镀的原理。
首先，真空蒸镀的基本原理是利用真空条件下的物理过程，通
过蒸发源将固体材料加热至一定温度，使其蒸发成蒸气。
蒸气分子
在真空中自由扩散，并沉积在基材表面，形成薄膜。
在这个过程中，蒸发源的材料、温度、真空度以及沉积时间等参数都会对薄膜的性
能产生影响。
其次，真空蒸镀的原理还涉及到薄膜的成核和生长过程。
蒸发
的材料蒸气在基材表面成核形成微小颗粒，然后这些颗粒在基材表
面扩散并结合，最终形成一层致密的薄膜。
在这个过程中，薄膜的
结构、成分、晶粒大小和取向等都会受到影响，进而影响薄膜的性能。
此外，真空蒸镀的原理还与薄膜的成分和性能有关。
不同的蒸
发源材料会形成不同成分的薄膜，而薄膜的成分又直接影响着其光
学、电学、机械等性能。
因此，在真空蒸镀过程中，需要严格控制蒸发源的材料和温度，以及基材的清洁度和温度，以确保薄膜的成分和性能符合要求。
总的来说，真空蒸镀的原理是通过在真空条件下将固体材料蒸发成蒸气，然后沉积在基材表面形成薄膜。
在这个过程中，蒸发源的材料、温度、真空度、沉积时间等参数都会对薄膜的性能产生影响，同时薄膜的成核和生长过程、成分和性能也都与真空蒸镀的原理密切相关。
通过深入了解真空蒸镀的原理，我们可以更好地控制薄膜的成分和性能，从而满足不同领域的应用需求。
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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提高蒸发沉积薄膜的厚度均匀性可采取 的衬底放置方法
同时变动r、 和
提高蒸发沉积薄膜的厚度均匀性的 其他措施
加大蒸发源到衬底表面的距离（牺牲沉积 速率和纯度） 利用转动衬底的方法
薄膜沉积的阴影效应和选择性沉积
在蒸发法中, 一般真空度均较高, 被蒸发物质的 原子、分子一般是处于分子流的状态。因此, 当蒸发 源与衬底之间存在某种障碍物的时候, 沉积的过程将 会产生阴影效应, 即蒸发来的物质将被障碍物阻挡而 不能沉积到衬底上。 蒸发沉积过程的阴影效应可能会破坏薄膜沉积的 均匀性, 甚至造成有些部位没有物质的沉积。另一方 面, 我们也可以在蒸发沉积的时候, 有目的地使用一 些特定形状的掩膜, 从而实现薄膜的选择性沉积。
N A ( pe p h ) 2MRT
（原子/cm2s）
为一个介于 01 之间的系数；pe 和ph 是元素的平衡蒸气压和实际分压。当 =1， 且ph=0 时，蒸发速率 取得最大值
由此，可以计算物质的蒸发、沉积速率
元素的质量蒸发速率
元素蒸发速率的另一种表达形式为单位表 面上元素的质量蒸发速率
合金中各元素的热蒸发
对于初始成分确定的蒸发源来说，由上式确定的 组元蒸发速率之比将随着时间而发生变化: 易于蒸发 的组元的优先蒸发将造成该组元的不断贫化，进而造 成该组元蒸发速率的不断下降。
解决这一问题的办法
使用较多的物质作为蒸发源，即尽量减小组元成分的相 对变化 采用向蒸发容器中不断地、但每次仅加入少量被蒸发物质 的方法，即使得少量蒸发物质的不同组元能够实现瞬间的 同步蒸发 利用加热至不同温度的双蒸发源或多蒸发源的方法，分别 控制和调节每个组元的蒸发速率(所谓三温度法)
合金中各元素的热蒸发
MBE growth for the process A+B2=>AB2
薄膜沉积的方向性和均匀性
在物质蒸发的过程中，被蒸发原子的运动具有明 显的方向性。并且，蒸发原子运动的方向性对被沉积 的薄膜的均匀性会产生重要的影响。 物质的蒸发源可以有不同的形态。距衬底较远、 尺寸较小的蒸发源可以被认为是点蒸发源。此时，可 设想被蒸发出的物质是由表面积为Ae的小球面上均匀 地发射出来的，蒸发出来的物质总量Me等于 Me= 其中 是物质的质量蒸发速度，dAe为蒸发源的表面 积元，t 为蒸发时间。
呈cosn函数型，n>1，表明蒸发源发出的物质具有明显的方向性
薄膜沉积的克努森盒
在蒸发沉积方法中常使用的克努森盒(Knudsen cell)，相当于一个面蒸发源。它是在一个高温坩埚的 上部开一个直径很小的小孔。在坩埚内，物质的蒸气 压近似等于其平衡蒸气压；而在坩埚外，仍保持着较 高的真空度。与普通的面蒸发源相比，它具有较小的 有效蒸发面积，因此它的蒸发速率较低。但其蒸发束 流的方向性较好。最为重要的是，克努森盒的温度以 及蒸发速率可以被控制得极为准确。
蒸发源的几种不同形式
以坩埚作为蒸发容器的蒸发源的一般情况如图所 示。坩埚蒸发源的蒸发速率、蒸发束流的方向性 等介于克努森盒与自由蒸发源之间。
点源与面源情况下薄膜相对沉积速率与 衬底距离与尺寸的关系
提高蒸发沉积薄膜的厚度均匀性可采取 的衬底放置方法
在同时需要蒸发沉积的样品较多、而每 个样品的尺寸相对较小的时候，可改变衬底 的放置方式来改善样品间薄膜厚度的均匀性 。此时,可将面蒸发源和衬底表面同处在一个 圆周上。使与蒸发源较远的衬底处于较有利 的空间角度，而较近的衬底处于不利的角度 位置，因而使得所沉积的薄膜的厚度与角度 或 无关。
第二讲
薄膜材料制备的真空蒸发法
Preparation of thin films by vacuum evaporation
提
要
元素的热蒸发
化合物与合金的热蒸发
蒸发沉积薄膜的均匀性
制备薄膜材料的各种蒸发方法
物理气相沉积
物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD）是利用某种物理过程 物质的热蒸发或在粒子轰击下物质 表面原子的溅射，不涉及化学反应过程 的，实现原子从源物质到薄膜的可控转 移的薄膜（及其他材料）制备方法。
有
ln pe
H e
RT
I
如，液态Al的平衡蒸气压就满足关系式
15993 lgpe(Pa)= +14.533-0.999lgT-3.5210-6T T
元素的平衡蒸气压随温度的变化
——————
曲线上的点标明的是相应元素的熔点
元素的蒸发速率(物质通量)
当元素的分压低于其平衡蒸气压时，元素 发生净蒸发。反之，元素发生净沉积。蒸发时, 单位表面上元素的净蒸发速率(物质通量)等于
提高薄膜的沉积速率和真空度，均有助于提高薄膜纯度
蒸发沉积技术的种类
电阻热蒸发 电子束热蒸发 电弧热蒸发 激光束热蒸发 空心阴极热蒸发
电阻式热蒸发装置
特点： 装置简单，应用广泛 需要针对不同的被蒸发材料选择加热材料和方法 加热温度不能过高，易产生电阻丝等加热材料的污染
A A xA pA (0) M B B B x B pB (0) M A
都将不同于合金中的组元之比
合金中各元素的热蒸发
合金组元的蒸气压之比一般都要偏离合金的原 始成分。当组元A与其他组元的吸引作用力较小时 ，它将拥有较高的蒸气压；反之，其蒸气压将相对 较低。 当需要制备的薄膜成分已知时，由上式可以确 定所需要使用的合金蒸发源的成分。比如，已知在 1350K的温度下，Al的蒸气压高于Cu，因而为了获 得Al-2%Cu成分的薄膜，需要使用的蒸发源的大致 成分应该是Al-13.6%Cu。但当组元差别很大时，这 一方法就失去了可行性。
使用相对较低的气体压力环境
低压PVD环境下：
其他气体分子的散射作用较小，气相分子的运动
路径为一直线；
气相分子在衬底上的沉积几率接近100%
真空蒸发法的特点
蒸发法的显著特点之一是其较高的背底 真空度。在较高的真空度下： 不仅蒸发出来的物质原子或分子具 有较长的平均自由程，可以直接沉 积到衬底表面上; 且还可以确保所制备的薄膜具有较 高的纯净度。
dM s M e cos 2 dAs 4 r
其中， 是衬底表面法线与空间角方向间的偏离角度 ，r 是蒸发源与衬底之间的距离。
薄膜沉积的均匀性
显然，薄膜的沉积速率将与距离r 的平方 成反比，并与衬底和蒸发源之间的方向夹角 有关。当 =0、r 较小时，沉积速率较大
面蒸发源的示意图
物质蒸发源的另一种极端情况是面蒸发源
合金中各元素的热蒸发
合金中原子间的结合力小于在化合物中不
同原子间的结合力。
因而，合金中各元素的蒸发过程可以被近
似视为是各元素相互独立的蒸发过程，就 像它们在纯元素蒸发时的情况一样。
即使如此，合金在蒸发和沉积过程中也会
产生成分的偏差。
合金中各元素的热蒸发
例如，当AB二元合金组成理想溶液时, 由拉乌尔 (Raoult)定律，合金中组元B的平衡蒸气压pB将正比于纯 组元B的平衡蒸气压pB(0)和该组元的摩尔分数xB pB=xB pB(0) 因而，A、B两组元的蒸气压之比 pA/pB=xApA(0)/xBpB(0) 或, 两组元蒸发速度之比
电子束蒸发装置的示意图
特点： 蒸发温度高 污染小，适用于高纯、难熔物质的蒸发 热效率较低 导致产生一定的辐射
石墨没有熔点，而其升华温度又很高，因而多利用 石墨电极的放电过程来使碳元素发生热蒸发
元素蒸发时的形态
一般认为，纯元素多是以单个原子、但 有时也可能是以原子团的形式蒸发进入气相 的。比如： Cu, As2
化合物的热蒸发GaAs的情况
化合物也多是以单个原子、但也有可能以分子的状 态蒸发进入气相。这取决于原子间结合力的强弱
面蒸发源时薄膜沉积的均匀性
面蒸发源时，衬底面积元 dAe上沉积的物质量为
dM s M e cos cos 2 dAs r
其中，Me是面源的物质蒸发总量。影响薄膜沉积速度 的参数中又增加了一个与蒸发源平面法线间的夹角， 即假设了面源蒸发的方向性遵从余弦关系。
实际面源情况下薄膜沉积速率随角度 的变化
薄膜沉积的阴影效应(a)以及利用掩膜进 行薄膜的选择性沉积(b)
薄膜纯度的影响因素
在蒸发沉积的情况下，薄膜的纯度取决于：
蒸发源物质的纯度
加前面两个因素的影响可以依靠使用高纯物质 作为蒸发源、改善蒸发装置的设计而得以避 免，而后一个因素则需要从改善设备的真空 条件入手来加以解决。
化合物的热蒸发
在化合物的蒸发过程中，蒸发出来的物质
蒸气可能具有完全不同于其固态源物质的 化学成分，如SiO2 SiOx, x=02。
另外，气相分子还可能发生一系列的化合
与分解过程。
这些现象的直接后果是沉积后的薄膜成分
可能偏离化合物原来化合物的化学组成!
化合物热蒸发的微观过程
过程类型 化学反应 实例 注释 无分解蒸发 MX(s或l)MX(g) SiO2, B2O3, 薄膜成分与原 AlN, CaF2 始成分相同 固态或液态分解蒸发 MX(s)M(s)+(1/2)X2(g) Ag2S, Ag2Se 沉积物化学成 MX(s)M(l)+(1/n)Xn(g) III-V化合物 分发生偏离 需使用独立的 蒸发源 气态分解蒸发 硫属化合物 MX(s)M(g)+(1/2)X2(g) CdS, CdSe 同上 氧化物 MO2(s)MO(g)+(1/2)O2 SiO2, TiO2 沉积物缺氧； 可在氧气氛中 沉积
M ( pe p h ) 2RT
（g/cm2s）
由于元素的平衡蒸气压随温度的增加很快，因 而对元素蒸发速率影响最大的因素是蒸发源所 处的温度