薄膜材料制備的PVD法

1、a1薄膜材料制備的物理氣相沉積法薄膜材料制備的物理氣相沉積法（physical vapor deposition，PVD)a2a3原理：利用物質(zhì)在高溫下的蒸發(fā)現(xiàn)象a4a5a61 1）電阻加熱）電阻加熱 電阻作為蒸發(fā)源，通過電流受熱后蒸發(fā)成膜。使用的電阻作為蒸發(fā)源，通過電流受熱后蒸發(fā)成膜。使用的材料有：材料有：Al、W、Mo、Nb、Ta及石墨等。及石墨等。 2 2）電子束加熱）電子束加熱 利用電子槍（熱陰極）產(chǎn)生的電子束，轟擊待蒸發(fā)利用電子槍（熱陰極）產(chǎn)生的電子束，轟擊待蒸發(fā)的材料（陽極）使之受熱蒸發(fā)，經(jīng)電子加速極后沉積到襯底材料表的材料（陽極）使之受熱蒸發(fā)，經(jīng)電子加速極后沉積到襯底材料表面。面

2、。3 3）高頻感應(yīng)加熱）高頻感應(yīng)加熱 高頻線圈通以高頻電流后，產(chǎn)生渦流電流，致高頻線圈通以高頻電流后，產(chǎn)生渦流電流，致內(nèi)置材料升溫，熔化成膜。內(nèi)置材料升溫，熔化成膜。 4 4）電弧加熱）電弧加熱 高真空下，被蒸發(fā)材料作陰極、內(nèi)接銅桿作陽極，高真空下，被蒸發(fā)材料作陰極、內(nèi)接銅桿作陽極，通電壓，移動陽電極尖端與陰極接觸，陰極局部熔化發(fā)射熱電子，通電壓，移動陽電極尖端與陰極接觸，陰極局部熔化發(fā)射熱電子，再分開電極，產(chǎn)生弧光放電，使陰極材料蒸發(fā)成膜。再分開電極，產(chǎn)生弧光放電，使陰極材料蒸發(fā)成膜。 5 5）激光加熱）激光加熱 非接觸加熱。用激光作熱源，使被蒸發(fā)材料氣化成非接觸加熱。用激光作熱源，使被蒸發(fā)

3、材料氣化成膜。常用膜。常用COCO2 2、ArAr、YAGYAG釹玻璃，紅寶石等大功率激光器。釹玻璃，紅寶石等大功率激光器。 a7a8a9組成合金薄膜的各元素，各自在單獨的蒸發(fā)源組成合金薄膜的各元素，各自在單獨的蒸發(fā)源中加熱，蒸發(fā)，并按薄膜材料組分比例成膜。中加熱，蒸發(fā)，并按薄膜材料組分比例成膜。 a10例如：例如：在空氣或氧氣中在空氣或氧氣中蒸發(fā)蒸發(fā)SiSi來制備來制備SiO2SiO2薄膜；薄膜；在氮氣氣氛中蒸在氮氣氣氛中蒸發(fā)發(fā)ZrZr制備制備ZrNZrN薄膜；薄膜；a11例如例如: : GaAsP GaAsP半導(dǎo)體薄膜的制備半導(dǎo)體薄膜的制備a12q 適宜鍍制對結(jié)合強度要求不高的某些功能膜，

4、如適宜鍍制對結(jié)合強度要求不高的某些功能膜，如電極的導(dǎo)電膜、光學(xué)鏡頭用增透膜。電極的導(dǎo)電膜、光學(xué)鏡頭用增透膜。q 蒸鍍合金膜時，較濺射成分難保證。蒸鍍合金膜時，較濺射成分難保證。q 鍍純金屬時速度快，多用來（鍍純金屬時速度快，多用來（90%）制備鋁膜。）制備鋁膜。q 鋁膜的用途廣泛，在制鏡業(yè)代替銀，在集成電路鋁膜的用途廣泛，在制鏡業(yè)代替銀，在集成電路鍍鋁進(jìn)行金屬化后刻蝕出導(dǎo)線。鍍鋁進(jìn)行金屬化后刻蝕出導(dǎo)線。a13a14產(chǎn)生：產(chǎn)生：氣體放電：電子與氣體分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生氣體放電：電子與氣體分子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生等離子體等離子體維持：維持：等離子體中的離子與其他氣體分子繼續(xù)碰撞等離子體中的離子與其他氣體分

5、子繼續(xù)碰撞a15 過程圖a16 濺射的過程a17a18靶材為陰極靶材為陰極基片置于陽極基片置于陽極極間電壓極間電壓1- 1-2KV2KV真空度真空度1- 1-幾百幾百PaPa放電氣體：放電氣體：ArAr只適用于導(dǎo)體只適用于導(dǎo)體+-a19 與直流濺射相似，不同之處在于陰極靶的后面設(shè)置磁場，與直流濺射相似，不同之處在于陰極靶的后面設(shè)置磁場，磁場在靶材表面形成閉合的環(huán)形磁場，與電場正交。磁場在靶材表面形成閉合的環(huán)形磁場，與電場正交。 等離子束縛在靶表等離子束縛在靶表面面 電子作旋進(jìn)運動，電子作旋進(jìn)運動，使原子電離機會增加，使原子電離機會增加，能量耗盡后落在陽極，能量耗盡后落在陽極，基片溫升低、損傷小

6、基片溫升低、損傷小磁場之作用：磁場之作用：a20常用直流磁控濺射常用直流磁控濺射可做可做 鋁薄膜、鋁薄膜、TiO2TiO2膜膜a21采用高頻電壓采用高頻電壓絕緣體靶表面上的離子和電子的交互作用，絕緣體靶表面上的離子和電子的交互作用，靶表面不會積累正電荷，可以維持輝光放電靶表面不會積累正電荷，可以維持輝光放電a22活性氣體混入放電氣體中活性氣體混入放電氣體中可以控制膜的組成和性質(zhì)可以控制膜的組成和性質(zhì)a23q 采用采用CrCr、Cr-CrNCr-CrN等合金靶，在等合金靶，在N N2 2、CHCH4 4等氣氛中進(jìn)行反等氣氛中進(jìn)行反應(yīng)濺射鍍膜，可以在各種工件上鍍應(yīng)濺射鍍膜，可以在各種工件上鍍CrC

7、r（425-840HV425-840HV）、）、CrCCrC、CrNCrN（1000-3500HV1000-3500HV），可代替電鍍），可代替電鍍CrCr。q 用用TiCTiC、TiNTiN等超硬鍍層涂覆刀具、模具等表面，摩擦系等超硬鍍層涂覆刀具、模具等表面，摩擦系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性好，具優(yōu)良的耐磨、耐熱、抗氧化、數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性好，具優(yōu)良的耐磨、耐熱、抗氧化、抗沖蝕，在提高其工件特性的同時，大幅度提高壽命，抗沖蝕，在提高其工件特性的同時，大幅度提高壽命，一般可達(dá)一般可達(dá)3-103-10倍。倍。q 用用TiCTiC、TiNTiN，AlAl2 2O O3 3具有良好的耐蝕性。具有良好的耐蝕性。q

8、 可制取優(yōu)異的固體潤滑膜可制取優(yōu)異的固體潤滑膜MoSMoS2 2. .q 可制備聚四氟乙烯膜。可制備聚四氟乙烯膜。q 待鍍材料，只要能做成靶材，就可濺射待鍍材料，只要能做成靶材，就可濺射a24真空條件下，利用氣體放電使氣體或蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，真空條件下，利用氣體放電使氣體或蒸發(fā)物質(zhì)部分電離，并在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸發(fā)物質(zhì)或并在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，將蒸發(fā)物質(zhì)或在其反應(yīng)物淀積在基片上。在其反應(yīng)物淀積在基片上。a25離子鍍的目的離子鍍的目的：提高膜層與基片之間的結(jié)合強度。離子轟擊可消除污染、提高膜層與基片之間的結(jié)合強度。離子轟擊可消除污染、還能形成共混過渡層、實現(xiàn)冶金

9、結(jié)合、涂層致密。還能形成共混過渡層、實現(xiàn)冶金結(jié)合、涂層致密。a26（1 1） 空心陰極離子鍍（空心陰極離子鍍（HCDHCD）國內(nèi)外常見的設(shè)備類型國內(nèi)外常見的設(shè)備類型HCD法利用空心熱陰極的弧光放法利用空心熱陰極的弧光放電產(chǎn)生等離子體（空心鉭管為陰電產(chǎn)生等離子體（空心鉭管為陰極，輔助陽極）極，輔助陽極）鍍料是陽極鍍料是陽極弧光放電時，電子轟擊陽極鍍料，弧光放電時，電子轟擊陽極鍍料，使其熔化而實現(xiàn)蒸鍍使其熔化而實現(xiàn)蒸鍍蒸鍍時基片上加負(fù)偏壓即可從等蒸鍍時基片上加負(fù)偏壓即可從等離子體中吸引離子體中吸引Ar離子向基片轟擊，離子向基片轟擊，實現(xiàn)離子鍍實現(xiàn)離子鍍a27（2 2）多弧離子鍍）多弧離子鍍 多弧離

10、子鍍是采用電弧放電的方法，在固體的陰極靶材上多弧離子鍍是采用電弧放電的方法，在固體的陰極靶材上直接蒸發(fā)金屬，裝置無需熔池，原理如圖所示。電弧的引燃直接蒸發(fā)金屬，裝置無需熔池，原理如圖所示。電弧的引燃依靠引弧陽極與陰極的觸發(fā)，依靠引弧陽極與陰極的觸發(fā)，弧光放電弧光放電僅僅在靶材表面的一僅僅在靶材表面的一個或幾個密集的個或幾個密集的弧斑弧斑處進(jìn)行。處進(jìn)行。特特 點點：直接從陰極產(chǎn)生等離：直接從陰極產(chǎn)生等離子體，不用熔池，陰極靶可子體，不用熔池，陰極靶可根據(jù)工件形狀在任意方向布根據(jù)工件形狀在任意方向布置，使夾具大為簡化。置，使夾具大為簡化。a28（3 3）離子束輔助沉積）離子束輔助沉積低能的離子束低能的離子束1 1用于轟擊靶材，用于轟擊靶材，使靶材原子濺射并沉積在基