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什么是溅射镀、蒸发镀和离子镀

浏览:138 发表时间:2020-08-11 08:43:59

溅射镀

1.定义
    用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面,沉积在基片上。

2.原理
    通常将欲沉积的材料制成板材──靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入 10~1帕的气体(通常为氩气),在阴极和阳极间加几千伏电压,两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极,与靶表面原子碰撞,受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子在基片表面沉积成膜。
3.分类
    ①反应溅射法:即将反应气体 (O、N、HS、CH等)加入Ar气中,反应气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物(如氧化物、氮化物等)而沉积在基片上,适用溅射化合物膜。
②高频溅射法。基片装在接地的电极上,绝缘靶装在对面的电极上。高频电源一端接地,一端通过匹配网络和隔直流电容接到装有绝缘靶的电极上。接通高频电源后,高频电压不断改变极性。等离子体中的电子和正离子在电压的正半周和负半周分别打到绝缘靶上沉积。由于电子迁移率高于正离子,绝缘靶表面带负电,在达到动态平衡时,靶处于负的偏置电位,从而使正离子对靶的溅射持续进行,适用溅射绝缘膜。 
4.特点:
    溅射镀膜不受膜材熔点的限制,可溅射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。溅镀具有电镀层与基材的结合力强,电镀层致密,均匀等优点。溅射粒子几不受重力影响,靶材与基板位置可自由安排,薄膜形成初期成核密度高,可生产10nm以下的极薄连续膜,靶材的寿命长,可长时间自动化连续生产。靶材可制作成各种形状,配合机台的特殊设计做更好的控制及最有效率的生产 溅镀利用高压电场做发生等离子镀膜物质,使用几乎所有高熔点金属,合金和金属氧化物,如:铬,钼,钨,钛,银,金等.但加工成本相对较高.



蒸发镀

1.定义
    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。

2.原理
    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(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。 
3.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 。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:用电子束轰击材料使其蒸发。适用于蒸发温度较高(不低于2000℃)的材料。 
4.特点 
    能在金属、半导体、绝缘体甚至塑料、纸张、织物表面上沉积金属、半导体、绝缘体、不同成分比的合金、化合物及部分有基聚合物等的薄膜,其适用范围之广是其它方法无法与之比拟的。可以不同的沉积速率、不同的基板温度和不同的蒸气分子入射角蒸镀成膜,因而可得到不同显微结构和结晶形态(单晶、多晶或非晶等)的薄膜; 薄膜的纯度很高;易于在线检测和控制薄膜的厚度与成分;厚度控制精度最高可达单分子层量级。



离子镀

1.定义
    蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面,称为离子镀。
    离子镀是真空蒸发与阴极溅射技术的结合。

2.原理
    蒸发源接阳极,工件接阴极,当通以三至五千伏高压直流电以后,蒸发源与工件之间产生辉光放电。由于真空罩内充有惰性氩气,在放电电场作用下部分氩气被电离,从而在阴极工件周围形成一等离子暗区。带正电荷的氩离子受阴极负高压的吸引,猛烈地轰击工件表面,致使工件表层粒子和脏物被轰溅抛出,从而使工件待镀表面得到了充分的离子轰击清洗。随后,接通蒸发源交流电源,蒸发料粒子熔化蒸发,进入辉光放电区并被电离。带正电荷的蒸发料离子,在阴极吸引下,随同氩离子一同冲向工件,当抛镀于工件表面上的蒸发料离子超过溅失离子的数量时,则逐渐堆积形成一层牢固粘附于工件表面的镀层。
3.分类
①磁控溅射离子镀
②反应离子镀
③空心阴极放电离子镀
④多弧离子镀。
4.特点
    镀层附着性能好,对离子镀后的试件作拉伸试验表明,一直拉到快要断裂时,镀层仍随基体金属一起塑性延伸,无起皮或剥落现象发生; 绕镀能力强,因此这种方法非常适合于镀复零件上的内孔、凹槽和窄缝,等其他方法难镀的部位; 镀层质量好,离子镀的镀层组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀; 清洗过程简化。


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