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PVD沉積方法
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2024-07-11  閱讀

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康沃真空網】物理氣相沉積(PhysicalVaporDeposition,PVD)技術是指在真空條件下采用物理方法將材料源(固體或液體)表面氣化成氣態原子或分子,或部分電離成離子,并通過低壓氣體(或等離子體)過程,在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術,物理氣相沉積是主要的表面處理技術之一。

    PVD(物理氣相沉積)鍍膜技術主要分為三類:真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。

    物理氣相沉積的主要方法有:真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍膜、離子鍍膜和分子束外延等。相應的真空鍍膜設備包括真空蒸發鍍膜機、真空濺射鍍膜機和真空離子鍍膜機。

    隨著沉積方法和技術的提升,物理氣相沉積技術不僅可沉積金屬膜、合金膜還可以沉積化合物、陶瓷、半導體、聚合物膜等。

    物理氣相沉積技術早在20世紀初已有些應用,但30年迅速發展成為一門極具廣闊應用前景的新技術,并向著環保型、清潔型趨勢發展。

    一:真空蒸鍍

    真空蒸鍍是在真空條件下,將鍍料靶材加熱并蒸發,使大量的原子、分子氣化并離開液體鍍料或離開固體鍍料表面(或升華),并最終沉積在基體表面上的技術。在整個過程中,氣態的原子、分子在真空中會經過很少的碰撞而直接遷移到基體,并沉積在基體表面形成薄膜。

    真空蒸鍍分為:電阻加熱蒸鍍、電子束蒸鍍、激光束蒸鍍、反應正空蒸鍍、感應加熱蒸鍍;

    1、電阻蒸發:采用電阻加熱蒸發源的蒸發鍍膜技術,一般用于蒸發低熔點材料,如鋁、金、銀、硫化鋅、氟化鎂、三氧化二鉻等;加熱電阻一般采用鎢、鉬、鉭等。

    2、電子束蒸發:利用高速電子束加熱使材料汽化蒸發,在基片表面凝結成膜的技術。電子束熱源的能量密度可達104-109w/cm2,可達到3000℃以上,可蒸發高熔點的金屬或介電材料如鎢、鉬、鍺、SiO2、AL2O3等。

    電子束加熱的蒸鍍源有直槍型電子槍和e型電子槍兩種(也有環行),電子束自源發出,用磁場線圈使電子束聚焦和偏轉,對膜料進行轟擊和加熱。

    3、激光蒸發:采用高能激光束對材料進行蒸發,用以形成薄膜的方法,一般稱為激光蒸鍍。

    4.感應加熱蒸發:利用高頻電磁場感應加熱,使材料汽化蒸發在基片表面凝結成膜的技術。

    二、離子鍍

    離子鍍是在真空條件下,利用氣體放電使氣體或被蒸發物質離子化,在氣體離子或蒸發物質離子轟擊作用下,把蒸發物質或其反應物蒸鍍在工件上。其中包括磁控濺射離子鍍、反應離子鍍、空心陰極放電離子鍍(空心陰極蒸鍍法)、多弧離子鍍(陰極電弧離子鍍)等。離子鍍把輝光放電、等離子技術與真空蒸鍍技術結合在一起,不僅明顯地提高鍍層的各種性能,而且大大擴充了鍍膜技術的應用范圍。離子鍍除兼有真空濺射的優點外,還具有膜層的附著力強、繞射性好、可鍍材料廣泛等優點。

    離子鍍分為:空心陰極離子鍍、熱陰極離子鍍、電弧離子鍍、活性反應離子鍍、射頻離子鍍、直流放電離子鍍;

    特點:鍍層附著性能好、繞鍍能力強、鍍層質量好、清洗過程簡化、可鍍材料廣泛。

    三、濺射鍍

    濺射鍍膜是指在真空條件下,利用獲得功能的粒子(如氬離子)轟擊靶材料表面,使靶材表面原子獲得足夠的能量而逃逸的過程稱為濺射。在真空條件下充入氬氣(Ar),并在高電壓下使氬氣進行輝光放電,可使氬(Ar)原子電離成氬離子(Ar+)。氬離子在電場力的作用下,加速轟擊以鍍料制作的陰極靶極,靶材會被濺射出來而沉積到工件表面。

    被濺射的靶材沉積到基材表面,就稱作濺射鍍膜。濺射鍍膜中的入射離子,一般采用輝光放電獲得,在10-2Pa~10Pa范圍,所以濺射出來的粒子在飛向基體過程中易和真空室中的氣體分子發生碰撞,導致運動方向隨機化,使得沉積的膜易于均勻。

    濺射鍍分為:二極濺射、三極四極濺射、射頻磁控濺射、磁控濺射、反應濺射、離子束濺射;

    隨著市場多元化的不斷需求,從應用領域來看,真空鍍膜幾乎可以在任何基材上成膜,所以它的應用范圍非常廣泛,主要集中在機械制造加工業、汽車工業、醫療器械、消費電子、航空、新能源等行業。

    同時,為了打破技術壁壘,行業不斷加強技術研究,促進計算機技術、微電子技術與真空鍍膜技術的結合應用,進一步提高真空鍍膜的產品性能,特別是對于產品的精確性、高效性、穩定性等方面的性能將會得到大幅度改善,而且技術的不斷高端化將會促進真空鍍膜產品應用領域范圍不斷擴大。

    隨著國家對環境保護的日益重視,真空鍍膜的高性價比、低污染的特點將成為表面處理業內主流技術。