蘇州真空鍍膜告訴你真空鍍膜原理是什么？

通過加熱蒸(zheng)發(fa)某種物質(zhi)使其(qi)沉積在固體表面(mian)，稱為蒸(zheng)發(fa)鍍(du)膜。這種方法最早由M.法拉第于1857年提(ti)出(chu)，現代已成為常用鍍(du)膜技術之一。蒸(zheng)發(fa)鍍(du)膜設備(bei)結構如圖1。

蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)物(wu)(wu)(wu)質如(ru)金(jin)屬、化合物(wu)(wu)(wu)等置于坩(gan)堝內或(huo)掛(gua)在(zai)熱絲上作為蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)，待鍍工(gong)件，如(ru)金(jin)屬、陶(tao)瓷(ci)、塑(su)料(liao)(liao)等基(ji)片置于坩(gan)堝前方。待系統(tong)抽(chou)至(zhi)高真空后，加(jia)熱坩(gan)堝使其中(zhong)的(de)(de)物(wu)(wu)(wu)質蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)。蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)物(wu)(wu)(wu)質的(de)(de)原子(zi)或(huo)分子(zi)以(yi)冷凝方式(shi)沉積在(zai)基(ji)片表面(mian)。薄膜(mo)厚度可由數百(bai)埃至(zhi)數微米。膜(mo)厚決定(ding)于蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)速率和時間（或(huo)決定(ding)于裝(zhuang)料(liao)(liao)量），并與源(yuan)和基(ji)片的(de)(de)距離(li)有關。對于大(da)面(mian)積鍍膜(mo)，常采用旋(xuan)轉基(ji)片或(huo)多蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)的(de)(de)方式(shi)以(yi)保證膜(mo)層厚度的(de)(de)均勻(yun)性。從蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)源(yuan)到基(ji)片的(de)(de)距離(li)應小于蒸(zheng)(zheng)氣(qi)分子(zi)在(zai)殘余氣(qi)體中(zhong)的(de)(de)平均自由程，以(yi)免蒸(zheng)(zheng)氣(qi)分子(zi)與殘氣(qi)分子(zi)碰撞(zhuang)引起化學作用。蒸(zheng)(zheng)氣(qi)分子(zi)平均動(dong)能約為0.1～0.2電子(zi)伏。

蒸發源(yuan)有三種(zhong)類型。①電阻加熱(re)源(yuan)：用(yong)難熔(rong)金屬如鎢、鉭制成(cheng)舟箔或(huo)絲狀,通以(yi)電流,加熱(re)在它上(shang)方的或(huo)置(zhi)于(yu)坩堝中的蒸發物質

電阻加(jia)熱(re)(re)源主要用于蒸發Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料；②高頻感應(ying)加(jia)熱(re)(re)源：用高頻感應(ying)電流加(jia)熱(re)(re)坩堝(guo)和蒸發物質；③電子束(shu)加(jia)熱(re)(re)源：適(shi)用于蒸發溫度較高

蒸發(fa)鍍(du)(du)膜(mo)(mo)與其他真空鍍(du)(du)膜(mo)(mo)方法相比，具有較(jiao)高的(de)(de)沉積速率，可鍍(du)(du)制單質和不易熱(re)分解的(de)(de)化合物膜(mo)(mo)。

為沉(chen)積高純單晶(jing)膜(mo)層(ceng)，可采用分(fen)子束(shu)外(wai)延方法。生長摻雜的(de)GaAlAs單晶(jing)層(ceng)的(de)分(fen)子束(shu)外(wai)延裝置如(ru)

。噴射爐(lu)中裝有分子(zi)束源，在(zai)超高(gao)真空下當它被加(jia)熱到(dao)一(yi)定(ding)溫(wen)(wen)度時，爐(lu)中元素以束狀分子(zi)流射向基(ji)片。基(ji)片被加(jia)熱到(dao)一(yi)定(ding)溫(wen)(wen)度，沉積在(zai)基(ji)片上的分子(zi)可(ke)(ke)以徙動，按基(ji)片晶(jing)(jing)格(ge)次序生(sheng)長結晶(jing)(jing)用分子(zi)束外延(yan)法可(ke)(ke)獲得所需化學計量比(bi)的高(gao)純化合(he)物單(dan)(dan)晶(jing)(jing)膜(mo)(mo)，薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)最慢生(sheng)長速度可(ke)(ke)控(kong)制(zhi)在(zai)1單(dan)(dan)層/秒。通過控(kong)制(zhi)擋板,可(ke)(ke)精確地做出所需成(cheng)分和(he)結構的單(dan)(dan)晶(jing)(jing)薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)。分子(zi)束外延(yan)法廣泛(fan)用于制(zhi)造各種光集成(cheng)器件和(he)各種超晶(jing)(jing)格(ge)結構薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)。

用高(gao)能粒(li)子轟擊固體表(biao)(biao)面(mian)時能使(shi)固體表(biao)(biao)面(mian)的粒(li)子獲得能量并逸出表(biao)(biao)面(mian)，沉積(ji)在基片(pian)上。濺射現象(xiang)于1870年(nian)開始用于鍍膜技(ji)術，1930年(nian)以后由(you)于提高(gao)了(le)沉積(ji)速率而逐漸用于工業生(sheng)產(chan)。

極(ji)濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)示意(yi)圖]。通(tong)常將(jiang)欲沉(chen)積(ji)的(de)材(cai)料制成板材(cai)──靶(ba)(ba),固定在(zai)(zai)陰(yin)(yin)極(ji)上。基片(pian)(pian)(pian)置(zhi)于正對靶(ba)(ba)面(mian)的(de)陽極(ji)上,距(ju)靶(ba)(ba)幾(ji)厘米。系統抽至(zhi)高(gao)(gao)真(zhen)空后充入(ru) 10～1帕的(de)氣(qi)體(ti)（通(tong)常為(wei)氬氣(qi)），在(zai)(zai)陰(yin)(yin)極(ji)和(he)陽極(ji)間(jian)加(jia)幾(ji)千(qian)伏(fu)(fu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)，兩極(ji)間(jian)即產(chan)生輝光放電(dian)(dian)。放電(dian)(dian)產(chan)生的(de)正離子(zi)(zi)在(zai)(zai)電(dian)(dian)場作用下飛向陰(yin)(yin)極(ji)，與靶(ba)(ba)表面(mian)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)碰(peng)撞，受碰(peng)撞從(cong)靶(ba)(ba)面(mian)逸出的(de)靶(ba)(ba)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)稱為(wei)濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi),其(qi)能(neng)量在(zai)(zai)1至(zhi)幾(ji)十電(dian)(dian)子(zi)(zi)伏(fu)(fu)范圍。濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)在(zai)(zai)基片(pian)(pian)(pian)表面(mian)沉(chen)積(ji)成膜(mo)。與蒸(zheng)發鍍膜(mo)不同(tong)，濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)鍍膜(mo)不受膜(mo)材(cai)熔點的(de)限制,可濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)W、Ta、C、Mo、WC、TiC等難熔物(wu)(wu)質。濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)化(hua)合物(wu)(wu)膜(mo)可用反應(ying)(ying)濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)法，即將(jiang)反應(ying)(ying)氣(qi)體(ti) (O、N、HS、CH等)加(jia)入(ru)Ar氣(qi)中,反應(ying)(ying)氣(qi)體(ti)及其(qi)離子(zi)(zi)與靶(ba)(ba)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)或濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)發生反應(ying)(ying)生成化(hua)合物(wu)(wu)（如氧化(hua)物(wu)(wu)、氮化(hua)物(wu)(wu)等）而(er)沉(chen)積(ji)在(zai)(zai)基片(pian)(pian)(pian)上。沉(chen)積(ji)絕緣(yuan)膜(mo)可采(cai)用高(gao)(gao)頻(pin)濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)法。基片(pian)(pian)(pian)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)接(jie)地的(de)電(dian)(dian)極(ji)上，絕緣(yuan)靶(ba)(ba)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)對面(mian)的(de)電(dian)(dian)極(ji)上。高(gao)(gao)頻(pin)電(dian)(dian)源一(yi)端接(jie)地，一(yi)端通(tong)過(guo)匹配網絡和(he)隔直流電(dian)(dian)容(rong)接(jie)到(dao)裝(zhuang)(zhuang)有絕緣(yuan)靶(ba)(ba)的(de)電(dian)(dian)極(ji)上。接(jie)通(tong)高(gao)(gao)頻(pin)電(dian)(dian)源后，高(gao)(gao)頻(pin)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)不斷改變(bian)極(ji)性。等離子(zi)(zi)體(ti)中的(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)和(he)正離子(zi)(zi)在(zai)(zai)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)正半周和(he)負(fu)半周分別打到(dao)絕緣(yuan)靶(ba)(ba)上。由于電(dian)(dian)子(zi)(zi)遷(qian)移率高(gao)(gao)于正離子(zi)(zi)，絕緣(yuan)靶(ba)(ba)表面(mian)帶負(fu)電(dian)(dian)，在(zai)(zai)達(da)到(dao)動態平衡時(shi)，靶(ba)(ba)處于負(fu)的(de)偏置(zhi)電(dian)(dian)位，從(cong)而(er)使正離子(zi)(zi)對靶(ba)(ba)的(de)濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)持(chi)續進(jin)行。采(cai)用磁控濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)可使沉(chen)積(ji)速率比非磁控濺(jian)(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)提高(gao)(gao)近(jin)一(yi)個數量級。

蒸(zheng)發(fa)(fa)物質(zhi)的(de)分子(zi)(zi)(zi)被電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)碰撞電(dian)(dian)離(li)(li)后以離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)沉積在固體表(biao)面，稱為離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍。這種技術是D.麥托克斯(si)于1963年提出的(de)。離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍是真空蒸(zheng)發(fa)(fa)與陰極濺(jian)射技術的(de)結合(he)。一種離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍系統(tong)(tong)如圖(tu)4[離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍系統(tong)(tong)示(shi)意圖(tu)],將基(ji)片臺作(zuo)為陰極，外殼作(zuo)陽極，充(chong)入惰性氣(qi)體（如氬）以產生輝光放電(dian)(dian)。從蒸(zheng)發(fa)(fa)源蒸(zheng)發(fa)(fa)的(de)分子(zi)(zi)(zi)通過等離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)區時發(fa)(fa)生電(dian)(dian)離(li)(li)。正離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)被基(ji)片臺負電(dian)(dian)壓(ya)加(jia)速打到(dao)基(ji)片表(biao)面。未電(dian)(dian)離(li)(li)的(de)中性原子(zi)(zi)(zi)（約占(zhan)蒸(zheng)發(fa)(fa)料的(de)95%）也沉積在基(ji)片或真空室壁表(biao)面。電(dian)(dian)場對離(li)(li)化的(de)蒸(zheng)氣(qi)分子(zi)(zi)(zi)的(de)加(jia)速作(zuo)用(yong)（離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)能量約幾百～幾千電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏）和氬離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)對基(ji)片的(de)濺(jian)射清洗作(zuo)用(yong)，使膜層附著強度(du)大(da)大(da)提高。離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍工藝綜合(he)了蒸(zheng)發(fa)(fa)（高沉積速率）與濺(jian)射（良(liang)好的(de)膜層附著力）工藝的(de)特點，并有很好的(de)繞射性，可為形狀復雜(za)的(de)工件鍍膜。