物理气相沉积技术
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物理气相沉积技术 The Physical Vapor Deposition(PVD)
小组成员：林 斌 余宁宁 葛 亚 苏妙达 石丽丽 高文龙
PVD特点
PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
原理：物理气相沉积技术表示在真空条件下 ，采用物理方法，将材料源—固体或液体表 面气化成气态原子、分子或部分电离成离子 ，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基 体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术
PVD特点 PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
FROM 1970s
PVD 技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩 擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。近年来，由于PVD技术 和工艺、设备水平的发展，加上使用靶材品种和质量的增加，有效提 高了涂层和基体的结合强度，扩大了涂层材料的种类，是过去难于使 用PVD技术沉积的碳化物、氮化物、氧化物等硬质涂层，现在变成了 可能，极大地扩展了PVD技术的应用范围。
电子束蒸发 热蒸发
溅射镀
直流溅射 射频溅射 磁控溅射
电子束蒸发镀膜仪 PVD 75 美国 Kurt J Lesker Company
磁控溅射镀膜仪 PVD 75 美国 Kurt J Lesker Company
电子束蒸发原理与特点
原理：热电子由灯丝发射 后，被加速阳极加速，获 得动能轰击到处于阳极的 蒸发材料上，使蒸发材料 加热气化，而实现蒸发镀 膜。
与化学气相沉积（CVD）工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以 下时对材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于 对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合 现代绿色制造的发展方向。
PVD特点 PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
对高速钢刀具进行涂覆, 可得到致密等轴涂层, 具有优异 的耐磨特性, 可显著提高刀具的使用寿命；
特点：多用于要求纯度极 高的膜、绝缘物的蒸镀和 高熔点物质的蒸镀。
Substrat e fixture
E-Gun Crucible
磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，
增加了与气体原子发生碰撞的几率，在同样的电压和气压 下可以提高气体电离的效率，提高了沉积速率。
附加磁场的优点
• 限制溅射离子的轨道 • 增加离子在气体中停留的时间 • 增强等离子体和电离过程 • 减少溅射原子从靶材到衬底路程中的碰撞 • 高磁场附近的产值比较高
在飞机和宇宙飞船的各种形状复杂的零部件上, 可镀制各 种薄膜；
为选择传播射线, 在建筑玻璃上镀制化合物镀层；
为减少摩擦, 在各种工程机械零件上镀制润滑的膜层；
太阳能和光电元件应用的各种薄膜…
ONLY ON THE FILM?
Volmer-Weber Mode
衬底
Island Growth ( 3D )
。
PVD的物理原理示意图
气态
基底 薄膜
以气态方式进行 物质输运 能量输运
能量
块状材料 (靶材)
“物理气相沉积” 通常有下面三个工艺步骤：
1. 所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化 为气体
2. 生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底
3. 蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜
几种常见的薄膜结构
• 单层膜
PVD特点
5
可以在较低温度下获得各种功能薄膜， 基材范围广泛。
6
可方便的控制 多个工艺参数 ，易获得单晶 、多晶、非晶 、多层纳米层 结构的功能薄 膜。
无有害气体排出 ，属于无污染技 术。
7
PVD特点
PVD特点 PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
物理气相沉积（PVD ）
wk.baidu.com
真空蒸镀 离子镀
A Substrate
• 周期结构多层膜
B A B A
Substrate
PVD特点 PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
1
沉积层材料来自固体物质源，采用各种加 热源或溅射源使固态物质变为原子态。
2
物理气相沉积获 得的沉积层薄。
3
涂层组织细密、与基 体和结合强度好。
涂层的纯度高
4 单击此处添加标题
其它生长模式
Frank-van der Merve Mode
衬底
Layer by Layer ( 2D )
Stranski-Krastanov Mode
Layer Plus Island Growth
衬底
( 2D-3D )
Thanks
小组成员：林 斌 余宁宁 葛 亚 苏妙达 石丽丽 高文龙
PVD特点
PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
原理：物理气相沉积技术表示在真空条件下 ，采用物理方法，将材料源—固体或液体表 面气化成气态原子、分子或部分电离成离子 ，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基 体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术
PVD特点 PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
FROM 1970s
PVD 技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩 擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。近年来，由于PVD技术 和工艺、设备水平的发展，加上使用靶材品种和质量的增加，有效提 高了涂层和基体的结合强度，扩大了涂层材料的种类，是过去难于使 用PVD技术沉积的碳化物、氮化物、氧化物等硬质涂层，现在变成了 可能，极大地扩展了PVD技术的应用范围。
电子束蒸发 热蒸发
溅射镀
直流溅射 射频溅射 磁控溅射
电子束蒸发镀膜仪 PVD 75 美国 Kurt J Lesker Company
磁控溅射镀膜仪 PVD 75 美国 Kurt J Lesker Company
电子束蒸发原理与特点
原理：热电子由灯丝发射 后，被加速阳极加速，获 得动能轰击到处于阳极的 蒸发材料上，使蒸发材料 加热气化，而实现蒸发镀 膜。
与化学气相沉积（CVD）工艺相比，PVD工艺处理温度低，在600℃以 下时对材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于 对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合 现代绿色制造的发展方向。
PVD特点 PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
对高速钢刀具进行涂覆, 可得到致密等轴涂层, 具有优异 的耐磨特性, 可显著提高刀具的使用寿命；
特点：多用于要求纯度极 高的膜、绝缘物的蒸镀和 高熔点物质的蒸镀。
Substrat e fixture
E-Gun Crucible
磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，
增加了与气体原子发生碰撞的几率，在同样的电压和气压 下可以提高气体电离的效率，提高了沉积速率。
附加磁场的优点
• 限制溅射离子的轨道 • 增加离子在气体中停留的时间 • 增强等离子体和电离过程 • 减少溅射原子从靶材到衬底路程中的碰撞 • 高磁场附近的产值比较高
在飞机和宇宙飞船的各种形状复杂的零部件上, 可镀制各 种薄膜；
为选择传播射线, 在建筑玻璃上镀制化合物镀层；
为减少摩擦, 在各种工程机械零件上镀制润滑的膜层；
太阳能和光电元件应用的各种薄膜…
ONLY ON THE FILM?
Volmer-Weber Mode
衬底
Island Growth ( 3D )
。
PVD的物理原理示意图
气态
基底 薄膜
以气态方式进行 物质输运 能量输运
能量
块状材料 (靶材)
“物理气相沉积” 通常有下面三个工艺步骤：
1. 所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化 为气体
2. 生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底
3. 蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜
几种常见的薄膜结构
• 单层膜
PVD特点
5
可以在较低温度下获得各种功能薄膜， 基材范围广泛。
6
可方便的控制 多个工艺参数 ，易获得单晶 、多晶、非晶 、多层纳米层 结构的功能薄 膜。
无有害气体排出 ，属于无污染技 术。
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PVD特点
PVD特点 PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
物理气相沉积（PVD ）
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真空蒸镀 离子镀
A Substrate
• 周期结构多层膜
B A B A
Substrate
PVD特点 PVD现状与发展
PVD原理
PVD分类 PVD应用
1
沉积层材料来自固体物质源，采用各种加 热源或溅射源使固态物质变为原子态。
2
物理气相沉积获 得的沉积层薄。
3
涂层组织细密、与基 体和结合强度好。
涂层的纯度高
4 单击此处添加标题
其它生长模式
Frank-van der Merve Mode
衬底
Layer by Layer ( 2D )
Stranski-Krastanov Mode
Layer Plus Island Growth
衬底
( 2D-3D )
Thanks