真空镀膜技术基础

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真空镀膜技术基础篇

真空镀膜技术基础篇
真空镀膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆一层特殊性能的镀 膜,从而使固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导
磁、绝缘和装饰等许多优于固体材料本身的优越性能,达到提高产品质量、延长 产品寿命、节约能源和获得显著技术经济效益的作用。因此真空镀膜技术被誉为 最具发展前途的重要技术之一 ,并已在高技术产业化的发展中展现出诱人的市
③膜和基体附着强度好,膜层牢固. ④不产生废液,可避免对环境的污染.
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二、真空镀膜技术及其特点
表一:镀膜方法比较
项目 电镀法
原理
待镀物件 镀膜材料
镀层
应用
操作条件
真空vacuum:在指定空间内,低于环境大气压力的气体状态。
真空度degree of vacuum:表示真空状态下气体的稀薄程度,通常用压力值来表示。
真空区域ranges of vacuum:真空区域大致划分如下:
真空区域
低真空 中真空 高真空 超高真空
压力
Pa 105~102 102~10-1 10-1~10-5 〈10-5
反应性真空溅射 reactive vacuum sputtering:通过与气体的反应获得理想化学成 分的膜层材料的真空溅射。
物理气相沉积;PVD physical vapor deposition:在真空状态下,镀膜材料经蒸发 或溅射等物理方法气化,沉积到基片上的一种制取膜层的方法。
化学气相沉积;CVD chemical vapor deposition:一定化学配比的反应气体,在特 定激活条件下(通常是一定高的温度),通过气相化学反应生成新的膜层材料沉积 到基片上制取膜层的一种方法。

真空镀膜基础知识

真空镀膜基础知识

学校:龙岩学院院系:物理与机电工程学院专业:机械设计制造及其自动化班级: 11级机械(本)1班姓名:柯建坤学号: 2011043523简介真空镀膜在真空中制备膜层,包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。

虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段,但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。

真空镀膜有三种形式,即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。

蒸发镀膜通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面,称为蒸发镀膜。

这种方法最早由M.法拉第于1857年提出,现代已成为常用镀膜技术之一。

蒸发镀膜设备结构如图1。

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,待镀工件,如金属、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。

待系统抽至高真空后,加热坩埚使其中的物质蒸发。

蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。

薄膜厚度可由数百埃至数微米。

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。

对于大面积镀膜,常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。

从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程,以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。

蒸气分子平均动能约为0.1~0.2电子伏。

蒸发镀膜的类型蒸发源有三种类型。

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(图1[蒸发镀膜设备示意图])电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。

②高频感应加热源:用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。

③电子束加热源:适用于蒸发温度较高(不低于2000[618-1])的材料,即用电子束轰击材料使其蒸发。

蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比,具有较高的沉积速率,可镀制单质和不易热分解的化合物膜。

为沉积高纯单晶膜层,可采用分子束外延方法。

生长掺杂的GaAlAs单晶层的分子束外延装置如图2[ 分子束外延装置示意图]。

《真空镀膜基础知识》PPT课件

《真空镀膜基础知识》PPT课件
技术部技术员培训
☆☆☆涂装真空镀膜基础知识培训
整理课件
1
培训的五个阶段
真空镀膜的应用范围及应用现状 真空镀膜机原理 真空镀膜机设备图示 车灯镀膜基础流程 真空行业专业术语解释
整理课件
2
真空镀膜应用之范围:
光学
• 反射镜、增透膜、濾光片 • 天文望远镜、建筑玻璃、相机、灯具
电子电路 显示器 元件
整理课件
5
真空镀膜的原理
真空镀膜主要指一类需要在较高真空度下进行的镀膜的产 品,将被镀薄膜基材装在真空蒸镀机中,用真空泵抽真空, 使镀膜中的真空度达 到 1.3×10-2~1.3×10-3Pa,加 热坩锅使高纯度的铝丝(纯度99.99%)在 1200℃~ 1400℃的温度下溶化并蒸发成气态铝。气态铝微粒在移 动的薄膜基材表面沉积、经冷却还原即形成一层连续而光 亮的金属铝层。具体包括很多种类,包括真空离子蒸发, 磁控溅射,MBE分子束外延,PLD激光溅射沉积等很多种。 主要思路是分成蒸发和溅射两种。 需要镀膜的被成为基片 或基材,镀的材料(金属材料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等,其
• 导电膜、绝缘膜、保护膜 • 逻辑元件、运算器、磁片、CCD • 透明导电膜、摄像管导电膜 • LCD、录像磁头 • 蒸发镍、铝、金属陶瓷 • 电阻、电容、影印机硒鼓
纺织品
• 装饰膜 • 金属花纹、金丝银丝线
模具 消费用品
• 刀具超硬膜
• 级面板、扶手、栏杆、不锈钢薄板、手机外 壳、香烟纸
整理课件
镀SIO保护膜
离子轰击
整理课件
10
来料检验
整理课件
11
净化除油
净化除油:使用 特殊的除油剂对 塑料制品进行除 油。
使用方法:将适 量的除油剂注入 容器内,先浸泡 1-3min,然后使 用干净除尘布对 塑料制品擦拭, 擦拭时间是产品 大小而定

真空镀膜(ncvm)工艺培训教材PPT课件

真空镀膜(ncvm)工艺培训教材PPT课件

颜色不纯
由于反应不完全或杂质污染,膜层可能呈 现出不纯或斑驳的颜色。
分析方法
X射线衍射(XRD)
能谱分析(EDS)
分析膜层的晶体结构和相组成。
附着力测试
对膜层进行元素分析,了解各元 素的分布和比例。
通过划痕、拉拔等试验测定膜层 与基材之间的附着力。
显微观察
通过金相显微镜观察膜层的微观 结构,了解其均匀性、孔隙和缺 陷。
05
真空镀膜(NCVM)问题与 解决方案
常见问题
表面粗糙度大
镀膜后的表面粗糙,影响外观和使用性能 。
膜层不均匀
镀膜过程中,由于气体流动、温度分布不 均或反应物供应问题,可能导致膜层在表 面分布不均。
附着力差
镀膜层与基材之间可能存在弱附着力,导 致镀膜容易剥落。
孔隙率过高
膜层中存在过多的孔隙,影响其防护和装 饰效果。
04
真空镀膜(NCVM)技术参 数与优化
工艺参数
真空度
真空镀膜过程中,需要控制真空室的 真空度,以确保膜层的均匀性和附着 力。
温度
镀膜过程中,基材的温度对膜层的附 着力和性能有影响,需根据不同材料 和镀膜要求进行温度控制。
镀膜时间
镀膜时间的长短直接影响膜层的厚度 和均匀性,需根据工艺要求进行精确 控制。
防护眼镜
保护操作人员的眼睛免受镀膜过程中产生的 有害物质和紫外线的伤害。
夹具
用于固定基材,确保其在镀膜过程中位置稳 定。
手套
保护操作人员的手部免受镀膜过程中产生的 有害物质和高温的伤害。
03
真空镀膜(NCVM)工艺流 程
前处理
表面清洗
使用有机溶剂和超声波清洗技术去除 工件表面的污垢、油脂和杂质,以确 保镀膜层的附着力。

真空镀膜技术简介

真空镀膜技术简介

5.现状 5.现状
由于真空镀膜起步较晚,又受真空技术的限制,前期发展较慢, 属于新的技术。目前,国外一些发达的国家应用较为广泛。国内起步 更晚,受技术的限制,应用范围较少,潜力较大,待进一部开发。
(二)
1.常用的镀膜设备(外形) 1.常用的镀膜设备(外形) 常用的镀膜设备 1.1. 电镀法、化学镀法一般是以槽体流水线的形式进行的,设 备较为大型,昂贵。 1.2. 箱式真空镀膜机(立式):单门、双门。 1.3. 卷绕式真空镀膜机(卧式)。 1.4. 间歇式镀膜机(立式):两箱、三箱。 1.5. 大型镀膜流水线:根据客户要求进行设计。 这里没有涉及CVD镀膜设备 这里没有涉及CVD镀膜设备
4.真空蒸镀镀膜机的相关参数和结构1 4.真空蒸镀镀膜机的相关参数和结构 真空蒸镀镀膜机的相关参数和结构1
4.1. 真空蒸镀镀膜机的相关参数 4.1.1. 真空室尺寸 4.1.2. 最高加热温度 4.1.3. 高、低真空泵抽速 4.1.4. 膜厚控制精度 4.1.5. 蒸发器的参数 4.1.6. 离子源的参数 4.1.7. 连续镀层和时间 4.1.8. 充气系统的参数 4.1.9. 深冷的参数 4.1.10. 操作系统、软件 另外:冷却水、压缩空气、电 量
内容概要
(二).镀膜的设备
1.常见的镀膜设备 1.常见的镀膜设备 2.常见的真空镀膜机 2.常见的真空镀膜机 3.各国的真空镀膜机的现状 3.各国的真空镀膜机的现状 4.真空蒸镀镀膜机的相关参数和结构 4.真空蒸镀镀膜机的相关参数和结构
(三).真空镀膜的工艺
1.工艺参数 1.工艺参数 2.塑料件真空镀膜工艺流程 2.塑料件真空镀膜工艺流程 3.镀膜制品的品质参数 3.镀膜制品的品质参数
3.定义2 定义2
电子束加热蒸镀是将膜料放入水冷铜坩埚中,利用高能量密度的 电子束加热,使膜料熔融气化并凝结在基体表面成膜。 为了改善附着力,增加膜的致密性,镀膜前,镀膜过程中辅助离 子束进行轰击的镀膜方法称为离子束辅助蒸镀。

培训系列之真空镀膜技术基础

培训系列之真空镀膜技术基础

真空镀膜技术的材料
金属材料:如金、银、铜等,具有良好的导电性和反射性
非金属材料:如碳、氮、氧等,可以用于制造各种薄膜
陶瓷材料:如氧化铝、氧化硅等,具有较高的硬度和耐腐蚀性
玻璃材料:如硼硅酸盐玻璃、石英玻璃等,具有较好的透过性和化学 稳定性
高分子材料:如聚乙烯、聚四氟乙烯等,具有较好的柔韧性和耐候性
真空镀膜技术的基本原理是利用 物理或化学方法,将材料从蒸发 源或溅射源中蒸发或溅射出来, 然后在真空中沉积到基底表面。
空镀膜技术的应用领域
光学应用:提高光学元件的 透过率和反射率
电子应用:提高电子元件的 导电性和绝缘性
装饰应用:为金属表面赋予 美丽的外观和耐腐蚀性
机械应用:提高机械零件的 硬度和耐磨性
薄膜质量高:真空镀膜技术可以获得高质量的薄膜,具有高纯度、高密度和良好的 均匀性。
适用范围广:真空镀膜技术可以应用于各种材料表面,如金属、陶瓷、玻璃等,并 且可以制备多种功能的薄膜,如金属膜、介质膜、半导体膜等。
操作简便:真空镀膜技术操作简单,易于控制,可以连续稳定地生产高质量的薄膜。
环保性好:真空镀膜技术是一种环保型的生产技术,不会产生有害物质,对环境和 人体健康没有负面影响。
真空技术:真空镀膜技 术的基本原理是利用真 空技术,在真空环境下 进行薄膜的沉积。
薄膜沉积:在真空环境 下,通过蒸发、溅射、 化学气相沉积等方法, 将材料沉积在基底表面 形成薄膜。
物理过程:薄膜的 沉积过程涉及物理 和化学过程,如分 子运动、表面吸附、 化学反应等。
薄膜特性:真空镀膜技 术可以制备出具有优异 性能的薄膜,如高硬度、 高耐磨性、高耐腐蚀性 等。
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真空镀膜技术基 础
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真空镀膜方面的基础知识

真空镀膜方面的基础知识

真空镀膜技术深圳微普真空系统集成有限公司真空“真空”这一术语译自拉丁文Vacuo,其意义是虚无。

其实真空应理解为气体较稀薄的空间。

在指定的空间内,低于一个大气压力的气体状态统称为真空。

真空状态下气体稀薄程度称为真压力的气体状态统称为真空真空状态下气体稀薄程度称为真空度,通常用压力值表示。

真空技术是基本实验技术之自从真空技术是基本实验技术之一。

自从1643年托里拆利做了著名的有关大气压力实验,发现了真空现象以后,真空技术迅速发展。

现在,真空技术已经成为一门独立的前言学科。

它的基本内容包括:真空物理、真空的获得、真空的测量和检漏、真空系统的设计和计算等。

随着表面科学、空间科学高能粒子加速器、微电子学、薄膜技术、冶金工业以及材料学等尖端科技的发展,真空技术在近代尖端科学技术中的地位越来越重要。

真度单位真空量度单位1标准大气压=760mmHg=760(Torr) 1标准大气压=1.013x105Pa1Torr1333Pa1Torr=133.3Pa真空区域的划分目前尚无统一规定,常见的划分为:35−−粗真空低真空)10760(1010Torr pa )1010(1010313Torr pa −−−−高真空)1010(10108361Torr pa −−−−−−超高真空极高真空)1010(1010128106Torr pa −−−−−−)10(101210Torr pa −−<<真空获得—真空泵1654年,德国物理学家葛利克发明了抽气泵,做了著名的马德堡半球试验。

的马德堡半球试验原理:当泵工作后,形成压差,p1>p2,实现了抽气。

真空泵的分类气体传输泵:是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气目的的真空泵,例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。

气体捕集泵:是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面的真空泵,例如分子筛结在泵内表面的真空泵例如分子筛吸附泵、鈦升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。

《真空镀膜技术》课件

《真空镀膜技术》课件
镀膜时间
镀膜时间过长或过短都会影响薄膜的 质量和性能,需要根据工艺要求进行 选择。
04
真空镀膜技术的研究进展
高性能薄膜材料的制备与应用
高性能薄膜材料的制备
随着科技的发展,真空镀膜技术已经能够制备出具有优异性能的薄膜材料,如金刚石薄膜、类金刚石 薄膜、氮化钛薄膜等。这些高性能薄膜材料在刀具、模具、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
详细描述
金属薄膜主要用于制造各种电子器件,如集 成电路、微电子器件、传感器等。通过在电 子器件表面镀制金属薄膜,可以起到导电、 导热、抗氧化等作用,提高电子器件的性能 和稳定性。此外,金属薄膜还可以用于制造
磁性材料,如磁记录介质、磁流体等。
功能薄膜的制备与应用
要点一
总结词
功能薄膜在真空镀膜技术中具有广泛的应用前景,可用于 制造各种新型材料和器件。
VS
面临的挑战
尽管真空镀膜技术具有广泛的应用前景和 巨大的发展潜力,但仍面临许多挑战和难 点。例如,如何提高薄膜的附着力和稳定 性、如何降低生产成本和提高生产效率等 。
05
真空镀膜技术的应用实例
光学薄膜的制备与应用
总结词
光学薄膜在真空镀膜技术中具有广泛应用, 主要用于提高光学器件的性能和降低光损失 。
光学领域
用于制造光学元件,如反射镜 、光学窗口等,提高其光学性 能和抗磨损能力。
建筑领域
用于建筑玻璃、陶瓷等材料的 表面装饰和防护,提高其美观 度和耐久性。
02
真空镀膜技术的基本原理
真空环境的形成与维持
真空环境的形成
通过机械泵、分子泵、离子泵等抽气 设备,将容器内的气体逐渐抽出,形 成真空状态。
关闭加热系统和真空泵, 完成镀膜过程。

真空镀膜技术基础

真空镀膜技术基础

真空镀膜技术基础1.采用什么镀膜机?光学镀膜机多是基于PVD,即物理气相沉积的镀膜机。

国产机以南光和北仪为代表,进口机以德国的莱宝机,美国的Vecco机和日本的光驰机、昭和机为代表。

2.采用什么样的膜料气汽化方式?对于物理气相沉积型真空镀膜机,有三种汽化方式:热蒸发,溅射,离子镀。

目前国内在光学真空镀膜方面多采用热蒸发的方式。

溅射技术以磁控溅射为代表,溅射和离子镀的方式在大批量生产的表面处理、太阳能电池板生产中应用较多。

热蒸发又分为四种方式:电阻加热,电子束加热,电磁感应加热和激光束加热。

四种方式各有特点和优势,电磁感应加热适合大规模连续型设备,并且只能镀金属膜料;激光束加热方式目前尚不成熟;电阻加热方式使用最早,但不适合高熔点膜料,自动化程度低,适合镀制金属膜和膜层较少的膜系;电子束加热方式使用电子枪产生电子束通过聚焦集中于膜料上进行加热,该方法应用最广,自动化程度高,技术成熟。

3.如何精确控制膜层厚度?膜层厚度的控制方法有:目视法、光电极值法,石英晶振法和全光谱在线控制法等。

目视法最早应用,适合于膜层较少的可见光波段的膜系,人为误差较大;全光谱在线控制法适合宽波段膜系的镀制,可以实时反馈及时修正误差,但目前上不普及;光电极值法适合镀制单点要求的膜系,自动化程度不高;石英晶振法自动化程度最高,应用最为普及,他采用石英晶体的振动频率和质量的相关性来测定膜层的质量,从而根据密度换算成物理厚度。

采用石英晶振法控制膜层厚度,和电子束加热的方式相配合,可以实现镀制过程的高度自动化,确保工艺的重复性。

采用美国生产的360石英晶体控制仪,石英晶体探头表面镀金,其振动信号转换成电信号后,经后续电路处理,输入360石英晶体控制仪,实时输出结果,并反馈调节电子束能量,形成闭环控制,确保膜厚控制的精度。

4.如何加强曲面镀膜均匀性?理论上,当蒸发源为点源时,被镀件和蒸发源距离一样时满足均匀性,即蒸发源位于球心,被镀件位于同一球面;当蒸发源为面源时,符合余弦分布,既蒸发源和被镀件位于同一球面。

真空镀膜机详细镀膜方法

真空镀膜机详细镀膜方法

真空镀膜机详细镀膜方法真空镀膜技术是一种应用广泛的表面加工技术,可以为各种材料表面提供不同颜色、不同功能的涂层。

如何进行真空镀膜,是一个需要掌握的基本技术。

本文将详细介绍真空镀膜的方法及其优缺点。

一、真空镀膜的基本原理真空镀膜技术是一种在真空环境下对材料表面进行涂层加工的技术。

通过真空系统将膜材料蒸发,沉积在基材表面,形成涂层。

在镀膜过程中需要注意的是:不同材料的膜材料,在蒸发、沉积的过程中有不同的温度和气压要求;基材表面也需要钝化处理,以保证表面涂层的附着性。

二、真空镀膜的优缺点优点:(1)沉积速度快,可制备厚度、均匀度好的涂层。

(2)具有高质量、高透明度、高硬度、高耐磨性及耐高温等特点。

(3)涂层成分稳定,能耐受环境变化,具有长时间稳定性。

缺点:(1)设备及材料投入成本高,要求专业技术人员操作。

(2)镀膜工艺步骤复杂,环境控制要求高。

(3)镀膜过程中会有一定的污染,对真空系统要求高。

三、真空镀膜的具体过程真空镀膜的过程通常包括五个步骤:1. 清洗和钝化处理在进行真空镀膜之前,需要对基材表面进行钝化处理,以提高涂层附着性。

清洗方法需要根据基材的情况和涂层的要求来确定。

通常会采取化学清洗、氧化清洗和机械打磨等方法,以使表面清洁、光滑。

2. 蒸发材料的制备膜材料的蒸发过程需要保证蒸发速度、蒸发量及蒸发均匀度。

膜材料通常选用纯度高、化学稳定的材料,如金属或半导体材料。

制备膜材料的方法也因材料而异,如金属材料可采用电功率热源加热蒸发、电子束蒸发、离子束蒸发等方法,而半导体材料可采用溅射等方法。

3. 准备真空环境真空镀膜需要在高真空环境下进行。

可以使用單純管和机械泵联合的方式轻松地在低真空状态下达到高真空状态。

具体环境控制要求根据不同的蒸发材料有所不同。

4. 蒸发沉积蒸发沉积是最核心的步骤,也是关键的涂层制备过程。

在蒸发材料制备完成后,通过真空系统控制蒸发材料温度和气压,将蒸发材料蒸发并沉积在基材表面。

镀膜基础知识

镀膜基础知识

真空蒸发镀膜原理
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真空蒸发镀膜过程67源自真空离子镀的定义8
真空离子镀的原理及过程
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真空离子镀的原理及过程
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真空离子镀的特点
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真空离子镀的特点
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真空离子镀的特点
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真空离子镀的特点
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真空离子镀的特点
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磁控溅射原理
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磁控溅射原理
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磁控溅射的主要特征
2、磁控溅射的主要特征
简易的计算公式如下:
电浆必须在一定的气压在才能存在。
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磁控溅射的构成
3. 4 溅射系统
真空系统 电源系统
供气系统
腔体Chamber
冷却水系统
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磁控溅射的机理 3.4 溅射原理 阴极表面:
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磁控作用
磁控的作用与构型: –电子沿磁力线螺旋运动; –增加了电子运动的路径; –提高了电子与气体分子的碰撞概率; –运动路径的增加与电子运动方向和磁场夹角有关;
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磁控下电子轨迹 磁控下电子运动轨迹
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磁控溅射的靶材
磁控溅射靶的构型 •平面磁控溅射靶: –大面积、不受形状限制; –适合流水线生产 •柱状磁控溅射靶: –360o溅射,沉积几何简单; –薄膜均匀性好 •磁控溅射枪: –更换靶材料容易; –适合实验室使用;
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END Thanks
2
真空镀膜技术简介
PVD(Physical Vapor Deposition)的定义
1、物理气相沉积,是指在真空条件下,用物理的方法使材料沉积在基体上 的薄膜制备技术
2、PVD镀膜主要分为如下四大类: (1)真空蒸发镀膜 (2)真空离子镀膜 (3)真空溅射镀膜(磁控溅射) (4)分子束外延镀膜

培训系列之真空镀膜技术基础

培训系列之真空镀膜技术基础
蒸发温度取决于镀膜材料的性质和所需的薄膜厚度形成高质量的薄膜,需要采用适当的蒸发源和控制技术。
在真空环境中,凝结在基材表面的镀膜材料分子通过聚集形成连续的薄膜。
薄膜的形成是一个动态过程,受到镀膜材料的性质、基材的温度和表面特性、蒸发速率等因素的影响。
用于制造集成电路、太阳能电池等,具有半导体特性。
半导体薄膜
用于散热、隔热等,具有良好的导热性能。
导热膜
用于生物医疗领域,如人工关节、生物传感器等。
生物薄膜
彩色膜
通过镀制不同颜色的薄膜,实现装饰和美化的效果。
THANKS
感谢您的观看。
真空镀膜技术的起源可以追溯到20世纪初,当时主要是为了解决光学仪器的表面处理问题。
随着科技的不断进步,真空镀膜技术逐渐发展成为一种广泛应用的表面处理技术,涉及的领域也日益扩大。
目前,真空镀膜技术已经成为了新材料、新能源、电子信息等领域的核心技术之一。
光学领域
装饰领域
半导体制造领域
新能源领域
01
02
与先进制造技术的结合
02
真空镀膜技术在先进制造领域如航空航天、汽车、电子等领域的应用越来越广泛,与其他制造技术的结合可以进一步提高产品的性能和可靠性。
与新材料技术的结合
03
新材料技术的发展为真空镀膜提供了更多的选择和应用空间,如新型陶瓷、高分子材料等。
05
CHAPTER
真空镀膜技术的应用实例
通过在光学元件表面镀制一层特定厚度的薄膜,减少光的反射,提高透射率。
减反射膜
增透膜
滤光片
增加光学元件的透光率,减少反射损失。
通过镀制不同材料和厚度的多层薄膜,实现特定波段的透射和反射。
03
02

真空镀膜基础知识

真空镀膜基础知识

真空镀膜基础知识
一,镀膜作业步骤:
准备工作
1.镀膜前洗净
2.抽检镜片外观确认(裂边,伤痕,不洁)情况,全检镜片锁板情况(镜片倾斜,
3.确认好准备镀膜的镜片(数量,机种,面别)并做好相应记录
4.上伞,
将镜片从包装盒内装到镀膜机台伞架上(主意带手套拿取镀膜板四周,勿碰到镜片
5.区分需要镀膜镜片种类面别
6.清洁坩埚电子枪周围用铜刷刷,吸,并添加药材
7.确认晶振片,监控片是否OK在新的位置
8.确认机台内无杂物,后关门排气加热
9.镀膜
选取相应的制程
10.人员镀膜过程中进行监控
11.下伞
将镀膜后的镜片从伞架取下,放入包装盒
12.抽检
主要为膜点,雾状,颜色异常,不洁
13.光谱测量
采用奥林巴斯反射测定仪和U4100分光光度计
14.伞架每圈抽1PCS共5圈
15.膜强度测试(采用3M胶带粘拉膜3次)
16.光谱量测OK后可送出
二,镀膜制造需要部分耗材
1.SIO2颗粒或环状(∮300*∮230*T7.5mm,)需要根据机台配置选用
2.TIO2颗粒
3.晶振片Filtex 6MHZ或INFICON6MHZ
4.监控片BK7 Φ142*80*1.8mm,需要根据机台配置选用
5.铜坩埚,需要根据机台配置选用
6.铝箔厚度0.05mm*宽610mm
7.电子枪灯丝,需要根据机台配置选用
8.离子源,需要根据机台配置选用耗材
三,设备日常维修保养部件需要根据机台型号选用
四,光学镀膜机台品牌分玻璃机和塑胶机配置不一样,尺寸可以选择,900mm,1100mm,1300mm,1350mm, 日本光驰,OPTORUN 台湾龙翩日本昭和德国莱宝新克隆。

真空镀膜基础技术介绍

真空镀膜基础技术介绍
電子躍遷至不同軌域所需的能量 Energy of an electron < 13.6eV
真空鍍膜基本技術介紹
28
輝光放電(Glow Discharge)
在一定壓力之真空下施加電場 原子電離 e-+A→A++2e 原子激發 e-+A→e-+A* 輝光放電 A*→A+hυ(光子)
真空鍍膜基本技術介紹
(1)A腔體 >> B腔體 (2)約相同 (3)B腔體 >> A腔體
真空鍍膜基本技術介紹
20
問題 2
M2
M3
GV1
GV2
GV3
當M2的壓力為5x10-1Torr,M3的壓力為5x10-4Torr時, 兩邊的壓力相差3個order,且GV2承受的力量為M2往 M3方向,若GV2閥板的面積為1000cm2時,請問GV2 承受的力量有多大 ?
1000-1mbar
760-1Torr Viscous Flow
Medium vacuum (中度真空)
(黏滯流)
1- 10-3 mbar
1- 10-3Torr Transition Flow
High vacuum (高真空)
(過渡流)
10-3 - 10-7 mbar 10-3 - 10-7Torr Molecular Flow
長度單位
•1m(米) =102cm(釐米) =103mm(毫米) =106μm(微米)
1mbar= 0.75Torr= 1hpa(100pa) 1 Torr= 133pa 1 Pa= 1 N/m2
=109nm(奈米) =1010Å (埃)
真空鍍膜基本技術介紹
8

真空镀膜技术

真空镀膜技术
金膜新蒸发时,薄层较软,大约一周后,金膜硬度趋于稳定,膜层 牢固度也趋于稳定。
(4)铬 Cr Cr膜在可见区具有很好的中性,膜层非常牢固,常用作中性衰
减膜。
2、介质薄膜
对材料的基本要求:透明度、折射率、机械牢固度和化学稳 定性以及抗高能辐射。
(1)透明度
短波吸收或本征吸收I:主 要是由光子作用使电子由 价带跃迁到导带引起的;
(2)折射率
薄膜的折射率主要依赖: 材料种类:材料的折射率是由它的价电子在电场作用下的性质决定。材
料外层价电子很容易极化,其折射率一定很高;对化合物,电子键结合的化 合物要比离子键的折射率高。折射率大致次序递增:卤化物、氧化物、硫化 物和半导体材料。
波长:折射率随波长变化为色散。正常色散为随波长增加而减小。正常色 散位于透明区,反常色散位于吸收区。
电子枪对薄膜性能的影响 1、对膜层的影响: (1)蒸气分子的动能较大,膜层较热蒸发的更致密牢固; (2)二次电子的影响:使膜层结构粗糙,散射增加; 2、对光谱性能的影响
电子枪对光谱的影响主要是焦斑的形状、位臵、大小在成膜的影响。 特别是高精度的膜系,和大规模生产的成品率要求电子枪的焦斑要稳定。
薄膜厚度的测量
u
m
几种常用真空泵的工作压强范围
旋片机械泵 105 102 pa
吸附泵 105 102 pa
扩散泵 100 105 pa
涡轮分子泵 101 108 pa
溅射离子泵 100 1010 pa
低温泵 101 1011 pa
几种常用真空泵的工作原理
1. 旋片机械泵
工作过程是: 吸 气—压缩—排气。
定子浸在油中起润 滑,密封和堵塞缝 隙的作用。
(3)机械牢固度和化学稳定性

第二章真空镀膜技术的物理

第二章真空镀膜技术的物理


淀积成膜的机制 mechanism :气体或蒸汽分子在固体 表面的吸附 Adsorption (或称粘附) 吸附的分类classification:物理吸附 化学吸附
物理吸附 physisorptions physical adsorption
吸附力:范氏力 force of Van Dev Waals 分子间力, intermolecular force 包括静电力、诱导力、弥散力 物理吸附的分子力曲线和分子位能曲线 P6 Fig 2—1 表面对单一分子的吸附力:电镜像力,分子颗粒)的空间输运过程, 常借用平衡态理想气体分子运动论的方法和结论,来 描述镀膜过程中的残余气体、工作气体、甚至金属蒸 汽的性质。 Perfect (ideal) gases at equilibrious states
1)气体分子的速度分布—麦氏分布

Maxwell distribution of molecular velocities

2.1 离散过程的物理基础
Physical foundation of scattering process
PVD 工艺中的离散过程,是将固体原材料转化为可以 迁移的气相成分的步骤,常用方法有蒸发和溅射两种 方法。 对此二过程的分析: 质量守恒及质量迁移; 能量 守恒及能量迁移

蒸发过程分析

原料固相——液相——气相 少数直接升华,固 相——气相 如铬 原料参与相变的量:首先全部液化,然后部分汽化 — —感应坩埚 或者:只有一部分参与液化和汽化,其它只是受热升 温——电子枪,激光 所需要的热量:固相升温热、熔化热、液相升温热、 汽化潜热 热损失量:坩埚热损失
溅射过程分析
本结论不仅用于沉积速 率Deposition rate计算, 也用于飞离表面的情况, 蒸发速率Evaporation rate ( 甚 至 溅 射 速 率 Sputtering rate)的计算
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其原理是利用激光源发射的光子束的光能 作为加热膜材的热源,使膜材吸热汽化蒸发。
1.玻璃衰减器 2.透镜 3.光圈 4.光电池 5.分光器 6.透镜 7.基片 8.探头 9.靶 10.真空室 11.激光器
图2-10 激光加热式蒸发源
2.3 真空蒸发镀膜机
2.3.1 间歇式真空蒸发镀膜机
1) 立式真空蒸发镀膜机 2) 卧式真空蒸发镀膜机
4)由于在低电压大电流状态下工作,因此较 安全且易于自动控制;
5)阴极寿命长、结构简单。
1.冷却水套 2.空心阴极 3.辅助阳极 4.聚束线圈 5.枪头 6.膜材 7.坩埚 8.聚焦磁场 9.基片
图2-9 空心阴极等离子体电阻式加热式蒸发源
2.2.5 激光加热式蒸发源
---工厂不用,加工精密特殊功能的材料用
真空溅射镀膜
在真空条件下,利用低压等离子体气体 放电中的溅射现象制备薄膜,即真空溅射镀 膜。
图3-1 离子轰击固体表面时发生的物理过程
与溅射率有关的因素
溅射率与靶材有关 溅射率与入射正离子的能量有关 溅射率与入射离子的种类有关 溅射率与离子入射角有关 溅射率与靶材温度有关
溅射镀膜特点
(2)被蒸发材料置于水冷铜坩锅内,可避免坩 埚材料污染,可制备高纯薄膜;
(3)电子束蒸发粒子动能大,有利于获得致密、 结合力好的膜层。
电子束加热蒸发的缺点:
(1)结构较复杂,设备价格较昂贵; (2)若蒸发源附近的蒸气密度高,电子束流和
蒸气粒子之间会发生相互作用,电子的能 量将散失和轨道偏移;同时引起蒸气和残 余气体的激发和电离,会影响膜层质量。
图3-2 直流二极溅射装置原理图
3.2.2 直流三极或四极溅射
1)直流三极溅射
三极溅射中的三极是指阴极、阳极和靶极。 直流三极溅射是在二极溅射装置中引入热灯丝 阴极和与之相对的阳极,灯丝阴极连接机壳接 地(规定电位为零),阳极为50 ~100V。
高压(-Ve)

靶电极






基片
+100 V
膜厚可控性和重复性好。由于溅射镀膜时的放电电流 和靶电流可分别控制,通过控制靶电流则可控制膜厚。
溅射膜与基体之间的附着性好。高能粒子沉积在基体 上进行能量转换,增强了溅射原子与基体的附着力。 部分高能粒子产生注入现象,形成伪扩散层。等离子 区清洗和激活,净化且活化基体表面。
制膜范围广。任何物质均可以溅射,尤其是高熔点、 低蒸气压元素和化合物。
图2-12 单室半连续真空镀膜机镀膜室
蒸发镀膜工艺中应考虑的问题
膜厚的均匀性问题; 点源、小平面源、蒸距等对薄膜的影响; 基片架的运动方式; 工艺参数的选择问题,如蒸发温度、蒸强度(附着力)
的问题(热应力、淀积内应力、附加内应力应尽量小) 基片镀前处理与成膜时对基片加热(烘烤、离子轰击
1.2 真空镀膜特点
在真空条件下镀膜,膜不易受污染,可获 得纯度高、致密性好、厚度均匀的膜层。
膜材和基体材料有广泛的选择性,可以制 备各种不同的功能性薄膜。
薄膜与基体附着强度好,膜层牢固。 对环境无污染。
1.3 真空镀膜技术分类
物理气相沉积(PVD)
如:热蒸发沉积、溅射沉积、离子镀 和分子束外延。
高速:电子在正交电磁场下增大了运动路程,使 电子与工作气体分子磁控几率大大增加从而提高 了溅射率,即提高沉积速率。
3.3.2.1 磁控溅射靶电流-电压特性
磁控溅射放电均为低压等离子体放电, 其电流-电压特性基本一致:随着放电电流 的增加,放电电压均需增高;随着气压的增 高,放电电压下降;磁场影响放电特性。
缺点: 不易对输入功率进行微调。
感应加热式蒸发源具有如下特点: 1)蒸发速率大。在卷绕蒸发镀膜中,比电阻加热式
蒸发源高10倍左右; 2)蒸发温度均匀稳定,不易产生液滴飞溅现象,提
高膜层质量。 3)蒸发源一次装料,无需送丝机构,温度控制比较
容易,操作简单。 4)对膜材纯度要求略宽些,可降价膜材的生产成本。 5)坩埚温度较低,坩埚材料对膜层污染较少。
图2-8 感应加热式蒸发源
2.2.4 空心热阴极电子束等离子体蒸发 源 ---由于阴极钽管特贵,现在应用不多
特点:
1)形成高密度等离子体放电,通过阴极的气 体可大部分被电离;
2)阴极温度可高达3200 K,电子束的电流密 度高而且可在坩埚上方激发电离膜材的蒸 发原子,其离化率可达20%。
3)基片上加10 ~ 100 V负偏压时可实现金属 离子轰击基片且沉积成膜,因此膜层的附 着强度好;
电阻加热式蒸发源材料需具有以下特点:
(1)高熔点。必须高于待蒸发膜材的熔点。 (2)低饱和蒸气压。保证足够低的自蒸发量,
不至于影响系统真空度和污染膜层。 (3)化学性能稳定。在高温下不应与膜材发生
反应生成化合物或合金化。
图2-4 电阻加热式蒸发源——丝状源与箔状源
图2-5 电阻加热式蒸发源——蒸发用坩埚加热器
3.3.2.2 沉积速率
沉积速率是表征成膜速度的参数,一般 以单位时间沉积的平均膜厚来表征。影响沉 积速率的因素: 气体压力 靶-基距 靶电流 最大功率密度 靶材料种类
3.3.3 磁控溅射镀膜机
磁控溅射镀膜机主要由镀膜室、抽气系统、 电控系统、以及辅助设备等组成。其中镀膜室由 磁控溅射靶、基片架、烘烤装置、充气系统以及 测试监控系统等组成。由于溅射靶及工艺连续性 的不同,可分为:
2.3.2 半连续式真空蒸发镀膜机
2.3.1 间歇式真空蒸发镀膜机
1 室体 2 球面行星转动基
片架 3 膜厚测量晶体 4 烘烤装置 5 挡板 6 膜材 7 e型枪蒸发源
图2-11 立式真空蒸发镀膜机镀膜室
2.3.2 半连续式真空蒸发镀膜机
1 照明灯 2 放卷辊 3 基带 4 导向辊 5 张紧辊 6 水冷辊 7 挡板 8 坩埚 9 送丝机构 10 室体 11 观察窗 12 抽气口
2)离开膜材表面,具有相当运动速度的气态 粒子以基本上无碰撞的直线飞行输运到基片表面;
3)到达基片表面的气态粒子凝聚形核后生长成 固相薄膜;
4)组成薄膜的原子重组排列或产生化学键合。
2.1.2 蒸发镀膜成膜条件
2.1.2.1 蒸发过程中的真空条件
当真空容器内蒸气分子的平均自由程大于蒸 发源与基片的距离时,就会获得充分的真空条件。
2.2.2 电子束/枪加热式蒸发源
---现在应用较多
电子束加热式蒸发源是利用热阴极发射电子 在电场作用下成为高能量密度的电子束直接轰击 到镀料上。电子束的动能转化为热能,使镀料加 热汽化,完成蒸发镀膜。
电子束加热蒸发的优点:
(1)电子束加热比电阻加热具有更高的能量密 度,可以蒸发高熔点材料,如W、Mo、 Al2O3等,并可得到较高的蒸发速率;
溅射镀膜密度高,针孔少,且膜层的纯度较高。
3.2 直流溅射镀膜
依据直流辉光放电原理制备薄膜的方法称 为直流溅射镀膜,其装置称为直流溅射装置。
3.2.1 直流二极溅射
直流二极溅射是在溅射靶材上施加直流负 电位(称阴极靶),把阳极作为放置被镀工件 的基片架。
1 真空室 2 加热器 3 阴极靶 4 基体(阳极) 5 氩气入口 6 负高压电源 7 加热电源 8 真空系统
2)由于残余气体在蒸镀过程中对膜层的影响 很大,因此要求膜材蒸气分子到达基片表面的 速率高于残余气体分子到达基片表面上的速 率,以减少残余气体分子对膜层的撞击和污 染,提高膜层的纯度。
2.1.2.2 镀膜过程中的蒸发条件
蒸发速率应足够大,以达到工艺要 求的沉积速率(kg/m2s)。
图2-3 某些金属蒸气压与温度的关系曲线
化学气相沉积( CVD)
如:热化学气相沉积、光化学气相沉 积、等离子体化学气相沉积。
物理-化学气相沉积(PCVD)
表1 真空表面处理技术的分类
表2 各种干式镀膜技术的比较
1.4 真空镀膜的应用
真空镀膜的应用非常广泛,它可以应 用于电子、机械、光学、能源、轻工、食 品、建筑、装饰等工业方面以及传感器、 变换器等。此外,塑料表面金属薄膜以及 金属表面的塑料薄膜广泛应用于日常生活 各方面。
图3-5 磁控溅射原理图
3.3.1 磁控溅射靶
磁控溅射靶的分类有:同轴圆柱形靶、 圆形平面靶、S-枪靶、矩形平面靶、旋转式 圆柱形靶及特殊结构靶等。
图3-6 各种磁控溅射靶的结构
3.3.2 直流磁控溅射镀膜特点
低温:电子被正交电磁场约束减少了向基片的磁 接,降低了基片同电子轰击所产生的热量,使基 片温度降,故磁控溅射又称为高速低温溅射。
表3 薄膜的应用
2 真空蒸发镀膜
2.1 真空蒸发镀膜原理
2.1.1 真空蒸发镀膜的物理过程
将膜材置于真空室内的蒸发源中,在高真空条 件下,通过蒸发源加热使其蒸发,膜材蒸气的原子 或分子从蒸发源表面逸出。由于高真空气氛,真空 室中气体分子的平均自由程大于真空室的线性尺 寸,故此蒸汽分子很少与其它分子相碰撞,以直线 方式达到基片表面,通过物理吸附和化学吸附凝结 在基片表面,形成薄膜。这就是真空蒸发镀膜的基 本原理。
真空镀膜技术基础
毕英慧 2011.8.25
主要内容
1 真空镀膜概论 2 真空蒸发镀膜 3 真空溅射镀膜 4 真空离子镀膜
1 真空镀膜概论
1.1 真空镀膜技术
真空镀膜技术
在真空条件下利用某种方法,在固体表 面上镀一层与基体材料不同的薄膜材料,也 可以利用固体本身生成一层与基体不同的薄 膜材料,即真空镀膜技术。
2.1.2.3 镀膜前基片的清洗
基片应进行镀前处理,使其粗糙度小, 表面上无污染物,无氧化化层等。
2.2 蒸发源
蒸发源是用来加热膜材使之汽化蒸发的装置。
按加热方式分类
电阻加热式 电子束加热式 感应加热式 空心热阴极等离子体电子束式 激光束加热式
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