讲稿6

物理涂镀技术材料10级山东建筑大学复习•1、射频溅射的原理是什么？•2、磁控溅射的原理是什么？•3、磁控靶有哪些形式？•4、刻蚀沟是怎样产生的？怎消除或减弱？思考题•1、射频溅射的原理是什么？•2、磁控溅射的原理是什么？•3、磁控靶有哪些形式？•4、刻蚀沟是怎样产生的？怎消除或减弱？•5、二极离子镀的原理是什么？•6、离子镀有什么特点？思考题•1、射频溅射的原理是什么？•2、磁控溅射的原理是什么？•3、磁控靶有哪些形式？•4、刻蚀沟是怎样产生的？怎消除或减弱？•5、二极离子镀的原理是什么？•6、离子镀有什么特点？思考题•1、射频溅射的原理是什么？•2、磁控溅射的原理是什么？•3、磁控靶有哪些形式？•4、刻蚀沟是怎样产生的？怎消除或减弱？•5、二极离子镀的原理是什么？•6、离子镀有什么特点？平面靶--------圆形平面靶矩形平面靶孪生平面靶圆柱靶思考题•1、射频溅射的原理是什么？•2、磁控溅射的原理是什么？•3、磁控靶有哪些形式？•4、刻蚀沟是怎样产生的？怎消除或减弱？刻蚀的原因？•平面靶靶材的刻蚀电子受控于磁场，在刻蚀处聚集，于是负电位增大，吸引Ar+最多，当然溅射的就严重了。刻蚀环沟复习（10~80KHz）第四节离子镀国内外发展现状11963年，美，Mattox研制成功直流二极离子镀试验装置。我国在上世纪80年代才逐渐推广开来，到目前应用广泛。1970年后出现了磁控溅射技术，1975年前后商品化的磁控溅射设备供应于世，大大地扩展了溅射技术应用的领域。到了80年代，溅射技术才从实验室应用技术真正地进入工业化大量生产的应用领域。离子镀的种类2直流二极离子镀活性反应离子镀空心阴极离子镀热阴极离子镀电弧离子镀磁控溅射离子镀本节内容工艺离子镀原理设备一、离子镀原理1、直流二极离子镀是从蒸发镀的基础上发展起来的蒸发源电源辉光放电区工件。。。。。。。。。1)原理：抽真空至高真空，通入Ar气至1Pa左右，接通电源V1，产生辉光放电，再接通电源V2，使蒸发材料蒸发，蒸气原子穿过等离子辉光放电区，一部分被电离，另一部分被碰撞成高能中性粒子，这些正离子和高能中性粒子高速飞向工件表面成膜。1、直流二极离子镀蒸发源电源辉光放电区工件。。。。。。。。。1、直流二极离子镀1）原理2）特点（1）膜附着性能好（2）绕镀性好（3）镀层组织均匀致密（4）镀膜材料和基体材料广泛（5）无污染1、直流二极离子镀1）原理2）特点（1）膜附着性能好（2）绕镀性好（3）镀层组织均匀致密（4）镀膜材料和基体材料广泛（5）无污染A、成膜前件表遭离子轰击得到清洗B、成膜时，由于沉积粒子（离子或原子）能量高(45-500eV)产生离子注入和伪扩散效应，在膜-基间形成扩散层。1、直流二极离子镀1）原理2）特点离子注入和伪扩散效应蒸发镀----像雪花铺地溅射镀和离子镀-----像石子洒向干土地或落在渍泥中过渡层1、直流二极离子镀1）原理2）特点（1）膜附着性能好（2）绕镀性好（3）镀层组织均匀致密（4）镀膜材料和基体材料广泛（5）无污染A、镀膜离子沿电力线沉积于工件侧面和背面（不是主要原因，因为离化率仅为2%。B、沉积成膜时，在5Pa左右，气体粒子自由程短，镀膜离子或原子碰来碰去，产生了散射。1、直流二极离子镀1）原理2）特点（1）膜附着性能好（2）绕镀性好（3）镀层组织均匀致密细小（4）镀膜材料和基体材料广泛（5）无污染A、镀膜粒子能量高，在基体表面迁移能力强，成核率高，晶粒细小。B、沉积成膜时，镀膜粒子能量高，轰击掉结合不牢的原子和吸附的气体杂质，在轰击下，晶粒难以长大。1、直流二极离子镀1）原理2）特点（1）膜附着性能好（2）绕镀性好（3）镀层组织均匀致密细小（4）镀膜材料和基体材料广泛（5）无污染A、通入反应气体，可得到化合物膜。B、利用活性反应离子镀，可在非导电基体上镀膜。1、直流二极离子镀1）原理2）特点（1）膜附着性能好（2）绕镀性好（3）镀层组织均匀致密细小（4）镀膜材料和基体材料广泛（5）无污染离子镀技术不使用有毒气体，也不产生有毒气体和废物，是无公害的工艺技术。电子枪电源探极电源2、活性反应离子镀1）原理上面为镀膜室下面为电子枪室要求工气体压强0.1Pa左右要求工气体压强0.01Pa左右小孔--差压孔电子枪电源探极电源2、活性反应离子镀1）原理抽真空---通氩气和工作气体---电子枪工作---将蒸发材料轰击蒸发---发出二次电子，并在探极的吸引下加速---高速二次电子激发、电离蒸汽原子，在探极附近形成等离子体----与反应气体发生反应---沉积于探极附近的基体上成膜。小孔（1）离化率高（2%-10%），适于反应沉积；（2）调整工艺参数，可方便地制备不同配比的化合物；（3）电子束功率大，可蒸发高熔点材料或化合物，且沉积速率高。2、活性反应离子镀1）原理2）特点（及改进类型略）3、空心阴极离子镀•1）空心阴极放电及空心阴极等离子电子束•（1）空心阴极放电当d1+d2L时，正柱区为共有；L当d1+d2L时，正柱区消失，两阴极位降区重合，辉光放电大为增强-----叫空心阴极放电，该效应叫空心阴极效应。原因：电子发出后，在两阴极之间振荡，增加了与气体分子的碰撞和离化几率，形成了两极间的辉光和放电电流激增。3、空心阴极离子镀1）、空心阴极放电及空心阴极等离子电子束（1）空心阴极放电3、空心阴极离子镀1）、空心阴极放电及空心阴极等离子束（1）空心阴极放电（2）空心阴极等离子电子束空心阴极管工作时2100℃等离子电子束50-200V3、空心阴极离子镀首先空心阴极管产生等离子电子束等离子电子束既是蒸发源也是离化源50-200V1）、空心阴极放电及空心阴极等离子电子束（1）空心阴极放电（2）空心阴极等离子电子束2）空心阴极离子镀原理日本真空株式会社，小宫宗治，1973年。3、空心阴极离子镀1）、空心阴极放电及空心阴极等离子电子束2）空心阴极离子镀原理3）空心阴极离子镀特点（1）离化率高、高能中性原子多，膜层质量好。（2）结构简单，操作安全（3）绕镀性好（4）蒸发高熔点材料有一定困难低电压大电流，参与碰撞的电子数大，离化率高（22%-40%），且高能中性原子多。3、空心阴极离子镀1）、空心阴极放电及空心阴极等离子束2）空心阴极离子镀原理3）空心阴极离子镀特点（1）离化率高、高能中性原子多，膜层质量好。（2）结构简单，操作安全（3）绕镀性好（4）蒸发高熔点材料有一定困难低电压，既是蒸发源，也是离化源。3、空心阴极离子镀1）、空心阴极放电及空心阴极等离子束2）空心阴极离子镀原理3）空心阴极离子镀特点（1）离化率高、高能中性原子多，膜层质量好。（2）结构简单，操作安全（3）绕镀性好（4）蒸发高熔点材料有一定困难A、镀膜离子沿电力线沉积于工件侧面和背面（离化率仅为22-40%%）。B、沉积成膜时，在5Pa左右，气体粒子自由程短，镀膜离子或原子碰来碰去，产生了散射。3、空心阴极离子镀1）、空心阴极放电及空心阴极等离子束2）空心阴极离子镀原理3）空心阴极离子镀特点（1）离化率高、高能中性原子多，膜层质量好。（2）结构简单，操作安全（3）绕镀性好（4）蒸发高熔点材料有一定困难虽然电流大，但电压低，电子能量低。4、热阴极离子镀1）热阴极离子镀原理瑞士巴尔蔡斯公司原理：热阴极离子镀原理原理和特点基本同空心阴极离子镀只是等离子体的产生的方法不一样：空心阴极管(Ta)法热阴极(Ta)法热灯丝Ta（阴极，2100℃）产生热电子使枪室内的Ar电离产生等离子体首先空心阴极管产生等离子电子束5、电弧离子镀1）电弧离子镀原理抽真空---通氩气---起电弧（等离子体）（同电弧焊接）---高温产生金属蒸汽同时被等离子体电离（离化率60-90%）----在负极（工件）的吸引下飞向工件沉积成膜。5、电弧离子镀1）电弧离子镀特点（1）电弧蒸发源不产生熔池，可多个位置任意摆放。（2）离化率高（60%-90%）。（3）一弧多用，工件接负高压时，金属离子清洗和加热工件，降低电压可沉积镀膜。（4）电压低，操作安全，设备简单。（5）但是，膜层中有较大颗粒产生，不适于高质量镀膜和低熔点材料。5、溅射离子镀1）溅射离子镀原理抽真空---通氩气---接通两个电源---产生两个辉光放电----一个产生蒸汽，一个产生电离----被电离的蒸汽离子在负极（工件）的吸引下飞向工件沉积成膜。辉光放电1溅射原理辉光放电2离子镀原理5、溅射离子镀1）溅射离子镀原理2）溅射离子镀特点溅射靶为大平面源，镀膜均匀。离子镀膜附着力强，组织致密。缺点：当靶和基片过近时，辉光放电不稳，甚至熄灭。本次课小结•原理和特点：•直流二极离子镀•活性反应离子镀•空心阴极离子镀•热阴极离子镀•电弧离子镀•磁控溅射离子镀。。。。。。。。。离子镀特点：气化--离化--工件接电蒸发—辉光离化2%溅射—辉光离化蒸发---弧光离化60-90%蒸发—电子束离化22-40%蒸发---二次电子离化2-10%蒸发—电子束离化22-40%第四节离子镀一、原理二、设备教材上介绍了：1、空心阴极离子镀（1）空心阴极枪改进情况（略）（2）国产设备2、热阴极离子镀国产设备（略）3、电弧离子镀国产设备（略）4、磁控溅射离子镀国产设备（略）•总体结构同蒸发镀设备：•设备分类：•1、单室间歇式：实验或小规模生产，效率低•2、多室式：步进连续生产，大规模生产，效率高•3、卷绕式：柔性基体镀膜，效率很高第四节离子镀一、原理二、设备三、工艺与应用1、工艺通反应气体可得到化合物膜，例如，TiN、TiC工艺参数见教材61-62页第四节离子镀一、原理二、设备三、工艺与应用1、工艺•影响离子镀膜层质量的工艺参数•（1）基片（工件）偏压V•V越大：•A、沉积的粒子能量提高，•伪扩散层增厚，附着力增强，•晶粒细小，组织致密。•B、沉积速率降低，•基片温度升高、•膜层受轰击严重，•表面光洁度降低。。。。。。。。。。V影响离子镀膜层质量的工艺参数（1）基片（工件）偏压V（2）镀膜真空度和反应气体分压•A、真空度的影响：•同蒸发镀和溅射镀TiN2•B、反应气体分压：•分压高低将影响化合物膜的成分影响离子镀膜层质量的工艺参数（1）基片（工件）偏压V（2）镀膜真空度和反应气体分压•A、真空度的影响：•同蒸发镀和溅射镀影响离子镀膜层质量的工艺参数（1）基片（工件）偏压V（2）镀膜真空度和反应气体分压（3）基片温度同蒸发镀和溅射镀影响离子镀膜层质量的工艺参数（1）基片（工件）偏压V（2）镀膜真空度和反应气体分压（3）基片温度（4）蒸发功率WW越大：沉积越快，离化率会降低，膜的质量会有所下降。化合物膜成分会有所改变。。。。。。。。。。第四节离子镀一、原理二、设备三、工艺与应用1、工艺2、应用第五节镀膜前处理及膜厚测量同电镀膜---（略）小结比较离子镀溅射镀蒸发镀真空知识蒸发镀、溅射镀、离子镀的比较蒸发源工件蒸发源电源辉光放电区工件。。。。。。。。。电源工件磁控靶离子镀200eV溅射镀10eV能量低高致密性低高沉积速率高低工件的极性不一样附着力小大没有扩散层有过渡层过渡层厚蒸发镀0.1eV绕镀性低高思考题:•从膜附着力上讲，为什么离子镀膜溅射镀膜蒸发镀膜？丁肇中1、沉积粒子能量越高：（1）轰击基片越强烈，轰击出基片表面的原子越多，经碰撞返回沉积的数量越多；（2）高能离子的注入效应越强。结果，形成的膜基过渡层（伪扩散层）越厚。由于离子镀膜的沉积粒子能量溅射镀膜蒸发镀膜，所以，膜附着力上讲，离子镀膜溅射镀膜蒸发镀膜。Thanksforyourattention!