真空鍍膜基礎(chǔ)知識

學(xué)校：龍巖學(xué)院___________

院系：物理與機電工程學(xué)院

專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化

班級：11級機械（本）1班

姓名：柯建坤

學(xué)號：2022043523

簡介

真空鍍膜

在真空中制備膜層，包括鍍制晶態(tài)的金屬、半導(dǎo)體、絕緣體等單質(zhì)或

化合物膜。雖然化學(xué)汽相沉積也采納減壓、低壓或等離子體等真空手段，

但一般真空鍍膜是指用物理的方法沉積薄膜。真空鍍膜有三種形式，即蒸

發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。

蒸發(fā)鍍膜

通過加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在固體表面，稱為蒸發(fā)鍍膜。這種方

法最早由M.法拉第于1857年提出，現(xiàn)代已成為常用鍍膜技術(shù)之一。蒸發(fā)鍍

膜設(shè)施結(jié)構(gòu)如圖lo

蒸發(fā)物質(zhì)如金屬、化合物等置于用堪內(nèi)或掛在熱絲上作為蒸發(fā)源，待

鍍工件,如金屬、陶瓷、塑料等基片置于用煙前方。待系統(tǒng)抽至高真空后,

加熱用埸使其中的物質(zhì)蒸發(fā)。蒸發(fā)物質(zhì)的原子或分子以冷凝方式沉積在基

片表面。薄膜厚度可由數(shù)百埃至數(shù)微米。膜厚打算于蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率和

時間（或打算于裝料量），并與源和基片的距離有關(guān)。對于大面積鍍膜，

常采納旋轉(zhuǎn)基片或多蒸發(fā)源的方式以保證膜層厚度的勻稱性。從蒸發(fā)源到

基片的距離應(yīng)小于蒸氣分子在殘余氣體中的平均自由程,以免蒸氣分子與

殘氣分子碰撞引起化學(xué)作用。蒸氣分子平均動能約為0?1?0.2電子伏。

蒸發(fā)鍍膜的類型

蒸發(fā)源有三種類型。①電阻加熱源：用難熔金屬如鋁、粗制成舟箔或絲狀,

通以電流，加熱在它上方的或置于均塌中的蒸發(fā)物質(zhì)（圖1［蒸發(fā)鍍膜設(shè)施示

意圖］

修片

ffll震發(fā)坡屋設(shè)備示意圖

）電阻加熱源主要用于蒸發(fā)Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。②

高頻感應(yīng)加熱源：用高頻感應(yīng)電流加熱用埸和蒸發(fā)物質(zhì)。③電子束加熱源：

適用于蒸發(fā)溫度較高（不低于2000［618-1］）的材料，即用電子束轟擊材料

使其蒸發(fā)。

蒸發(fā)鍍膜與其他真空鍍膜方法相比，具有較高的沉積速率，可鍍制單

質(zhì)和不易熱分解的化合物膜。

為沉積高純單晶膜層,可采納分子束外延方法。生長摻雜的GaAlAs單

晶層的分子束外延裝置如圖2［分子束外延裝置示意圖

GaAs

］o噴射爐中裝有分子束源,在超高真空下當(dāng)它被加熱到肯定溫度時，爐中

元素以束狀分子流射向基片?；患訜岬娇隙囟?，沉積在基片上的分

子可以徙動，按基片晶格次序生長結(jié)晶用分子束外延法可獲得所需化學(xué)計

量比的高純化合物單晶膜，薄膜最慢生長速度可掌握在1單層/秒。通過掌

握擋板，可精確地做出所需成分和結(jié)構(gòu)的單晶薄膜。分子束外延法廣泛用于

制造各種光集成器件和各種超晶格結(jié)構(gòu)薄膜。

濺射鍍膜

用高能粒子轟擊固體表面時能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表

面，沉積在基片上。濺射現(xiàn)象于1870年開頭用于鍍膜技術(shù)，1930年以后由

于提高了沉積速率而漸漸用于工業(yè)生產(chǎn)。常用的二極濺射設(shè)施如圖3［二

極濺射示意圖］。通常將欲沉積的材料制成板材一一靶，固定在陰極上?；?/p>

片置于正對靶面的阻級上，距靶幾厘米。系統(tǒng)抽至高真空后充入10-1帕的

氣體（通常為氧氣），在陰極和陽極間加兒千伏電壓，兩極間即產(chǎn)生輝光

放電。放電產(chǎn)生的正離子在電場作用下飛向陰極，與靶表面原子碰撞，受

碰撞從靶面逸出的靶原子稱為濺射原子，其能量在1至幾十電子伏范圍。濺

射原子在基片表面沉積成膜。與蒸發(fā)餓膜不同，濺射鍍膜不受膜材熔點的

限制，可濺射w、Ta、C、Mo、WC、TiC等難熔物質(zhì)。濺射化合物膜可用反應(yīng)

濺射法，即將反應(yīng)氣體（0、N、HS、CH等）加入Ar氣中，反應(yīng)氣體及其離子

與靶原子或濺射原子發(fā)生反應(yīng)生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉積

在基片上。沉積絕緣膜可采納高頻濺射法?；b在接地的電極上，絕緣

靶裝在對面的電極上。高頻電源一端接地，一端通過匹配網(wǎng)絡(luò)和隔直流電

容接到裝有絕緣靶的電極上。接通高頻電源后，高頻電壓不斷轉(zhuǎn)變極性。

等離子體中的電子和正離子在電壓的正半周和負(fù)半周分別打到絕緣靶上。

由于電子遷移率高于正離子，絕緣靶表面帶負(fù)電，在達(dá)到動態(tài)平衡時，靶

處于負(fù)的偏置電位，從而使正離子對靶的濺射持續(xù)進(jìn)行。采納磁控濺射可

使沉積速率比非磁控濺射提高近一個數(shù)量級。

B04離于爆系擾示意困

離子鍍

蒸發(fā)物質(zhì)的分子被電子碰撞電離后以離子沉積在固體表面，稱為離子

鍍。這種技術(shù)是D.麥托克斯于1963年提出的。離子鍍是真空蒸發(fā)與陰極濺

銀，局純銀絲，IWJ純銀粒，IWJ純銀片，局純鉗，局純鉗絲，IWJ純飴，身純

飴粉，高純錯絲，高純錯粒，高純鋁，高純鴇粒，高純銅，高純銅粒，高

純鋁片，高純硅，高純單晶硅，高純多晶硅，高純楮，高純錯粒，高純錦，

高純銃粒，高純鉆，高純鉆粒，高純銀，高純錫，高純錫粒，高純錫絲，

高純鴇，高純鋁粒，高純鋅，高純鋅粒，高純帆，高純優(yōu)粒，高純鐵，高

純鐵粒，高純鐵粉，高純鈦，高純鈦片，高純鈦粒，海面鈦，高純錯，高純

錯絲，海綿錯，碘化錯，高純錯粒，高純錯塊，高純碎，高純碎粒，高純錯，

高純銀，高純鍥絲，高純鍥片，高純銀柱，高純鋁，高純鋁片，高純鑰絲，

高純留粒，高純銀錦絲，高純銀倍粒，高純鋤，高純錯，高純軋，高純鋅，高

純鍬，高純欽，高純鈕，高純鏡，高純銹，高純鋅，高純錯，高純鈿，高純缽等.

混合料

氧化錯氧化鈦混合料，氧化錯氧化鋁混合料，氧化鈦氧化鋁混合料，

氧化錨氧化軌混合料，氧化鈦氧化銀混合料，氧化偌氧化鋁混合料，氧化

鎂氧化鋁混合料，氧化錮氧化錫混合料，氧化錫氧化鈿混合料，氟化鈾氟

化鈣混合料等混合料

其他化合物

鈦酸鋼，BaTiO3,鈦酸錯，PrTiO3,鈦酸鋸，SrTiO3,鈦酸鐮I，LaTiO3,

硫化鋅，ZnS,冰晶石，Na3AlF6,硒化鋅,ZnSe,硫化鎘，硫化鋁，硫化

銅，二硅化鋁。

輔料

鋁片，鑰舟、車旦片、鴇片、鴇舟、鴇絞絲。

濺射靶材

（純度：99.9%-99.999%）

金屬靶材

銀靶（Ni靶）、鈦靶（Ti靶）、鋅靶（Zn靶）、銘靶（Cr靶）、鎂

靶（Mg靶）、銀靶（Nb靶）、錫靶（Sn靶）、鋁靶（A1靶）、錮靶（In

靶）、鐵靶（Fe靶）、錯鋁靶（ZrAl靶）、鈦鋁靶（TiAl靶）、錯靶（Zr

靶）、硅靶（Si靶）、銅靶（Cu靶）、留靶（Ta靶）、錯靶（Ge靶）、

銀靶（Ag靶）、鉆靶（Co靶）、金靶（Au靶）、札靶（Gd靶）、翎靶（La

靶）、鈕靶（Y靶）、缽靶（Ce靶）、錯靶（Hf靶）、行靶（Mo靶）、鐵

銀靶（FeNi靶）、V靶、W靶、不銹鋼靶、銀鐵靶、鐵鉆靶、銀銘靶、銅鈿

鐵靶、鋁硅靶NiCr靶等金屬靶材。

陶瓷靶材

2.陶瓷靶材

ITO靶、AZO靶，氧化鎂靶、氧化鐵靶、氧化銘靶、氧化鋅靶、硫化鋅

靶、硫化鎘靶，硫化鋁靶，二氧化硅靶、一氧化硅靶、氣化鈍靶、二氧化

錯靶、五氧化二鋁靶、二氧化鈦靶、二氧化錯靶，二氧化管靶，二硼化鈦

靶，二硼化錯靶，三氧化鴇靶，三氧化二鋁靶，五氧化二鋁靶，五氧化二

銀靶、氟化鎂靶、氟化鋁靶、氟化鎂靶，硒化鋅靶、氮化鋁靶，氮化硅靶,

氮化硼靶，氮化鈦靶，碳化硅靶，鋸酸鋰靶、鈦酸錯靶、鈦酸鋼靶、鈦酸

偶靶、氧化銀靶等陶瓷濺射靶材。

真空鍍膜平安操作規(guī)程

1.在機床運轉(zhuǎn)正常狀況下，開動機床時，必需先開水管，工作中應(yīng)隨

時留意水壓。

2.在離子轟擊和蒸發(fā)時，應(yīng)特殊留意高壓電線接頭，不得觸動，以防

觸電。

3.在用電子槍鍍膜時，應(yīng)在鐘罩外圍上鋁板。觀看窗的玻璃最好用鉛

玻璃，觀看時應(yīng)戴上鉛玻璃眼量，以防X射線侵害人體。

4.鍍制多層介質(zhì)膜的鍍膜間，應(yīng)安裝通風(fēng)吸塵裝置，準(zhǔn)時排解有害粉

塵。

5.易燃有毒物品要妥當(dāng)保管，以防失火中毒。

6.酸洗夾具應(yīng)在通風(fēng)裝置內(nèi)進(jìn)行，并要戴橡皮手套，

7.把零件放入酸洗或堿洗槽中時，應(yīng)輕拿輕放，不得碰撞及濺出。平

常酸洗槽盆應(yīng)加蓋。

8.工作完畢應(yīng)斷電、斷水。

常見涂層及性能優(yōu)點

鍍膜種類性能優(yōu)點

顏色：金色增加表面硬度、削減摩擦力

TiN硬度：2300HV可低溫涂層，適合低溫零件

氮化鈦摩擦系數(shù)：0.23VSNi避開刀口之積居現(xiàn)象

最高工作溫度：580℃廣泛應(yīng)用於鋼料成型加工

顏色：銀灰色高表面硬度表面光滑

TiCN

硬度：3300HV避開刀口之積屑現(xiàn)象

氮碳化鈦摩擦系數(shù):0.21VSNi適合重切削

最高工作溫度：450C適合沖壓加工不^鋼

顏色：紫黑色高熱穩(wěn)定性

ALTiN硬度：3500HV適合高速、干式切削

鋁氮化鈦摩擦系數(shù):0.35VSNi最適合硬質(zhì)合金刀具、車刀片

最高工作溫度：800℃適合不金秀鋼鉆、銃、沖加工

顏色：銀灰色

可低溫涂層，韌性好，適合低溫

Crotac硬度：2100HV

零件

鈦銘一納米晶體摩擦系數(shù):0.18VSNi

適合沖壓厚度〉1.5mm的鋼板

最高工作溫度：700℃

顏色：灰黑色高熱穩(wěn)定性

硬度：3300HV磨擦力低，不沾黏

ALuka

摩擦系數(shù)：0.18VSNi適合冷熱段造、鑄造高熱穩(wěn)定性

銘■鋁納米晶體

最高工作溫度：110適合長期在高溫環(huán)境下使用的汽

0℃車零件

顏色：灰黑色

CrSiN系硬度：3000HV膜具高速加工，高光面加工

絡(luò)硅一納米晶體摩擦系數(shù)：0.16VSNi適合加工銅合金、鎂鋁合金

抗氧化溫度：1000C

顏色：紫黑色

ZrSiN系硬度：3400HV最適合HSS刀具、絲攻

錯硅.納米晶體摩擦系數(shù):0.22VSNi適合加工鈦合金

抗氧化溫度：850℃

顏色：黃橙色

表面硬度最高

TiSiN系硬度：4300HV

適合重切削與加工不金秀鋼

鈦硅—納米晶體摩擦系數(shù):0.25