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表面沉积

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发表于 2000-12-20 08:47:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
表面沉积属固态表面强化方法。根据其原理可以分为气相沉积和电沉积两大类。
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   气相沉积技术是一种真空镀膜技术。根据沉积粒子来源可分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。电沉积依赖直流电的作用在液相中进行传质沉积。它的沉积速度比气相沉积快,工艺和设备都简单。它可分为电镀和电刷镀等。
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1)物理气相沉积 包括真空蒸镀 真空蒸镀――在1×10=2-2×10-4Pa真空度下,把蒸镀材料放置于坩锅内加热熔化后蒸发(或升华),然后使其凝集在基体表面上形成镀膜的方法。
1 o0 |0 \5 V; }# c、溅射镀膜 溅射镀膜――利用辉光放电或离子源产生的包括正离子在的荷能离子轰击靶材时,通过粒子动能传递打出靶材中的原子及其它粒子,即为溅射过程,使溅射出来的原子或其他粒子沉积凝集在基体表面形成薄膜的方法。
+ M0 H! b( F' I  E& B和离子镀 离子镀――在蒸发源(阳极)与工件之间产生辉光放电,并在工件周围形成一个等离子区。氩气为带正电的氩离子(Ar+)及电子。在电场作用下,氩离子受电场作用而高速飞向工件(阴极),撞击工件表面进行溅射清洗。镀膜材料放在水冷或铜坩锅(又称蒸发源)中,电子打到镀膜材料上使其蒸发。蒸发的镀膜材料原子进入等离子场,受到电子碰撞而电离,形成的镀膜材料离子在电场作用下飞向阴极工件表面形成涂层。
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/ X; a+ \  D' ^. t& r0 X$ }   a、真空蒸镀 图8-7为原理示意图。真空蒸镀常在1×10-2~2×10-4Pa的真空度下进行,加热置于坩锅内的材料,使其蒸发,产生的蒸气原子(或分子)向周围运动,当碰到温度较低的基体时,将凝结在基体表面形成镀膜。蒸发材料可以是金属、合金或化合物,从而制备出金属合金、化合物薄膜。真空镀膜具有材料纯、质量高的特点,在光学、微电子学、磁学、装饰、防腐蚀等方面得到广泛应用。" f& p! y( L9 `% p5 t' d% t0 L

  t8 V# K% D; Q   b、溅射镀膜 可根据产生溅射粒子的方法分为直流溅射镀膜、磁控溅镀膜和离子束溅射镀膜。$ [0 |' }/ n& ]; Z! v- y2 v
   它可以实现高速大面积沉积;几乎所有金属、化合物均可作成溅射靶,另在不同材料基体上得到相应材料薄膜;可以大规模连续生产。目前它已在电子学、光学、磁学、机械、仪表、轻工业等行业,作为一种有力的薄膜制备手段、得到广泛应用。例如半导体场效应管(MOS)用的Al2O3和SiO2膜,IC布线材料的Al-Si合金和W-Ti合金膜,表面波元件用的ZrO2压电性膜,ITO(indium tin oxide)透明导电膜,电子元件用的Nb3Sn超导膜.
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" s1 V* b5 Q( w   c、离子镀(IP)图8-8为离子镀示意图。实现离子镀的设备种类很多,典型的有热阴极离子镀,高频感应离子镀,空心阴极放电离子镀,多电弧离子镀和活性反应离子镀等。: e: q) Q' c1 r' z& F- E

& v1 i9 p) K/ e+ N- D   离子镀由于设备比较复杂,价格高,因此在工业生产中还不能普遍使用。
5 m) W# w) z. o7 r) Y6 H* N2)化学气相沉积 原理图8-9。
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  CVD法可以制备各种用途的薄膜,主要包括绝缘体薄膜,导体及超导体薄膜以及防腐耐磨薄膜,同时用于高熔点金属的提纯,新材料的制备。
% c# U2 Q* [. B* N/ G   可做绝缘体的CVD薄膜有:SiO2 Al2O3膜及其它金属氧化物薄膜,混合氧化物膜(硅酸盐玻璃膜),硼硅酸盐膜,砷硅酸盐膜,铝硅酸盐膜及氮化硅膜等。
3 L( c& G% ?  y6 V" n! w1 E   可做半导体的CVD薄膜有:IV族元素的Si Ge及C半导体膜,还有III-V族的化合物如AlN、 AlP、AlAs、GaN、GaP、GaAs等半导体膜。这些膜层广泛用于光电子器件、太阳能电池、微波器件以及电子发射体等。可做导体的CVD薄膜有W、Re、Rh、Ta等;可做超导体的CVD薄膜有Nb3Sn、Nb3Ge等常用的耐磨CVD膜是TiC、TiN、Ti(C、N)、Cr7C3、Al2O3等。
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