镀膜工艺技术分类

薄膜工艺技术包括: 物理气相沉积(蒸发、溅射、离子镀、电弧镀、等离子镀)和化学气相沉积。宝鸡天博金属材料有限公司生产所用的技术是物理气相沉积Physical Vapor Deposition(简称PVD)。

1）真空蒸发镀膜

电阻加热蒸发和电子束加热蒸发

a. 基本原理:

把待镀膜的基片或工件置于高真空室内,通过加热使成膜材料气化(或升华)而淀积到基片或工件表面上,从而形成一层薄膜的工艺过程.

b. 蒸发源的类型:

c. 影响薄膜质量的因素:

1.基片的位置

基片置于合适的位置是获得均匀薄膜的前提条件.

2.压强的大小. 为了保证膜层质量,压强应尽可能低Pr≦(Pa)

L表示蒸发源到基片的距离为L(cm)。

3.蒸发速率.蒸发速率小时,沉积的膜料原子(或分子)上立刻吸附气体分子,因而形成的膜层结构疏松,颗粒粗大,缺陷多;反之,膜层结构均匀致密,机械强度高,膜层内应力大.

4.基片的温度.在通常情况下,基片温度高时,吸附原子的动能随之增大,形成的薄膜容易结晶化,并使晶格缺陷减少;基片温度低时,则没有足够大的能量供给吸附原子,因而容易形成无定形态薄膜.

2) 磁控溅射镀膜

磁控溅射是70年代在阴极溅射的基础上发展起来的一种新型溅射镀膜法,由于它有效地克服了阴极溅射速率低和电子使基片温度升高的致命弱点,因此获得了迅速的发展和广泛的应用.

1. 磁控溅射:

离子轰击靶材将靶面原子击出的现象称为溅射.溅射产生的原子沉积在基体(工件)表面即实现溅射镀膜.

磁控溅射的基本原理:

磁控溅射是在溅射区加了与电场方向垂直的磁场,处于正交电场区E和磁场B中的电子的运动方程,即电子以轮摆线的形式沿著靶表面向垂直于E、B平行的方向前行,从而大大地延长了电子的行程,增加了电子与气体分子的碰撞几率,提高了电离效率.于是,二次电子在跑道磁场的控制下,可将其能量全部用于电离,当其能量耗尽之后,才被阳极(机壳)吸收.

离子轰击靶面除击出原子外,还击出电子,称为二次电子.这些电子被电场加速获得能量后,再与气体原子或分子发生碰撞即使其电离,从而使等离子体得以维持.

磁控溅射是在靶面加上跑道磁场以控制电子的运动,延长其在靶面附近的行程,以提高等离子体密度,因而溅射镀膜速率大为提高.

二次电子产额:

二次电子产额是指每个轰击靶材的离子所击出的二次电子数目.理论分析认为,离子能量低于500eV(实际上低于1000eV)时,金属靶材的二次电子产额与离子能量无关.

溅射产额:

溅射产额是指每个轰击靶材的离子所击出的靶材原子数目.它与轰击粒子的类型、能量和入射角有关.磁控溅射的工作电压为200~500V,这就决定了轰击靶材的离子能量最高为500eV,被加速的氩离子是垂直于靶材入射的.

入射离子与材料的相互作用:

载能离子与靶材表面相互作用的结果是产生:

a. 表面粒子:溅射原子、背返射原子、解吸附杂质原子、二次电子.

b. 表面理化现象:清洗、刻蚀、化学反应.

c. 材料表面层的点缺陷、线缺陷、热钉、碰撞级联、离子注入、非晶态和化合物.