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1、真空蒸發(fā)鍍膜法

真空蒸發(fā)法的原理是：在真空條件下，用蒸發(fā)源加熱蒸發(fā)材料，使之蒸發(fā)或升華進(jìn)入氣相，氣相粒子流直接射向基片上沉積或結(jié)晶形成固態(tài)薄膜；由于環(huán)境是真空，因此，無(wú)論是金屬還是非金屬，在這種情況下蒸發(fā)要比常壓下容易得多。真空蒸發(fā)鍍膜是發(fā)展較早的鍍膜技術(shù)，其特點(diǎn)是：設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，沉積速率快，膜層純度高，制膜材料及被鍍件材料范圍很廣，鍍膜過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。按蒸發(fā)源的不同，主要分為：電阻加熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、電弧蒸發(fā)和激光蒸發(fā)等。

1.1 電阻加熱蒸發(fā)法

電阻加熱蒸發(fā)法就是采用鎢、鉬等高熔點(diǎn)金屬，做成適當(dāng)形狀的蒸發(fā)源，其上裝入待蒸發(fā)材料，讓電流通過(guò)，對(duì)蒸發(fā)材料進(jìn)行直接加熱蒸發(fā)，或者珠海真空爐體加熱速度把待蒸發(fā)材料放入坩鍋中進(jìn)行間接加熱蒸發(fā)。利用電阻加熱器加熱蒸發(fā)的鍍膜設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、使用可靠，可用于熔點(diǎn)不太高的材料的蒸發(fā)鍍膜，尤其適用于對(duì)膜層質(zhì)量要求不太高的大批量的生產(chǎn)中。目前在鍍鋁制品的生產(chǎn)中仍然大量使用著電阻加熱蒸發(fā)的工藝。電阻加熱方式的缺點(diǎn)是：加熱所能達(dá)到的最高溫度有限，加熱器的壽命也較短。近年來(lái)，為了提高加熱器的壽命，國(guó)內(nèi)外已采用壽命較長(zhǎng)的氮化硼合成的導(dǎo)電陶瓷材料作為加熱器。

1.2 電子束蒸發(fā)法

電子束蒸發(fā)法是將蒸發(fā)材料放入水冷銅坩鍋中，直接利用電子束加熱，使蒸發(fā)材料氣化蒸發(fā)后凝結(jié)在基板表面形成膜，是真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中的一種重要的加熱方法和發(fā)展方向。電子束蒸發(fā)克服了一般電阻加珠海真空爐體加熱速度熱蒸發(fā)的許多缺點(diǎn)，特別適合制作熔點(diǎn)薄膜材料和高純薄膜材料。

1.3 激光蒸發(fā)法

采用激光束蒸發(fā)源的蒸鍍技術(shù)是一種理想的薄膜制備方法。這是由于激光器是可以安裝在真空室之外，這樣不但簡(jiǎn)化了真空室內(nèi)部的空間布置，減少了加熱源的放氣，而且還可完全避免了蒸發(fā)氣對(duì)被鍍材料的污染，達(dá)到了膜層純潔的目的。此外，激光加熱可以達(dá)到極高的溫度，利用激光束加熱能夠?qū)δ承┖辖鸹蚧衔镞M(jìn)行快速蒸發(fā)。這對(duì)于保證膜的成分，防止膜的分餾或分解也是極其有用的。激光蒸發(fā)鍍的缺點(diǎn)是制作大功率連續(xù)式激光器的成本較高，所以它的應(yīng)用范圍有一定的限制，導(dǎo)致其在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用有一定的限制。

2、真空濺射法

真空濺射法是物理氣相沉積法中的后起之秀。隨珠海真空爐體加熱速度著高純靶材料和高純氣體制備技術(shù)的發(fā)展，濺射鍍膜技術(shù)飛速發(fā)展，在多元合金薄膜的制備方面顯示出獨(dú)到之處。其原理為：稀薄的空氣在異常輝光放電產(chǎn)生的等離子體在電場(chǎng)的作用下，對(duì)陰極靶材料表面進(jìn)行轟擊，把靶材料表面的分子、原子、離子及電子等濺射出來(lái)，被濺射出來(lái)的粒子帶有一定的動(dòng)能，沿一定的方法射向基體表面，在基體表面形成鍍層。特點(diǎn)為：鍍膜層與基材的結(jié)合力強(qiáng)；鍍膜層致密、均勻；設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，容易控制。

主要的濺射方法有直流濺射、射頻濺射、磁控濺射等。目前應(yīng)用較多的是磁控濺射法。

2.1 磁控濺射法

濺射鍍膜最初出現(xiàn)的是簡(jiǎn)單的直流二極濺射，它的優(yōu)點(diǎn)是裝置簡(jiǎn)單，但是直流二極濺射沉積速率低；為了保持自持放電，不能珠海真空爐體加熱速度在低氣壓(<0．1 Pa)下進(jìn)行；不能濺射絕緣材料等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。

磁控濺射是由二極濺射基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，在靶材表面建立與電場(chǎng)正交磁場(chǎng)，解決了二極濺射沉積速率低，等離子體離化率低等問(wèn)題，成為目前鍍膜工業(yè)主要方法之一。磁控濺射與其它鍍膜技術(shù)相比具有如下特點(diǎn)：可制備成靶的材料廣，幾乎所有金屬，合金和陶瓷材料都可以制成靶材；在適當(dāng)條件下多元靶材共濺射方式，可沉積配比精確恒定的合金；在濺射的放電氣氛中加入氧、氮或其它活性氣體，可沉積形成靶材物質(zhì)與氣體分子的化合物薄膜；通過(guò)精確地控制濺射鍍膜過(guò)程，容易獲得均勻的高精度的膜厚；通過(guò)離子濺射靶材料物質(zhì)由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)，濺射靶的安裝不受限制，適合于大容珠海真空爐體加熱速度積鍍膜室多靶布置設(shè)計(jì)；濺射鍍膜速度快，膜層致密，附著性好等特點(diǎn)，很適合于大批量，高效率工業(yè)生產(chǎn)。近年來(lái)磁控濺射技術(shù)發(fā)展很快，具有代表性的方法有射頻濺射、反應(yīng)磁控濺射、非平衡磁控濺射、脈沖磁控濺射、高速濺射等。

2.2 反應(yīng)磁控濺射法

制備化合物薄膜可以用各種化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積方法。但目前從工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的要求來(lái)看，物理氣相沉積中的反應(yīng)磁控濺射沉積技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而被廣泛應(yīng)用，這是因?yàn)椋?/p>

1、反應(yīng)磁控濺射所用的靶材料(單元素靶或多元素靶)和反應(yīng)氣體(氧、氮、碳?xì)浠衔锏?通常很容易獲得很高的純度，因而有利于制備高純度的化合物薄膜。

2、反應(yīng)磁控濺射中調(diào)節(jié)沉積工藝參數(shù)，可以制備化學(xué)配比或非化珠海真空爐體加熱速度學(xué)配比的化合物薄膜，從而達(dá)到通過(guò)調(diào)節(jié)薄膜的組成來(lái)調(diào)控薄膜特性的目的。

3、反應(yīng)磁控濺射沉積過(guò)程中基板溫度一般不會(huì)有很大的升高，而且成膜過(guò)程通常也并不要求對(duì)基板進(jìn)行很高溫度的加熱，因此對(duì)基板材料的限制較少。

4、反應(yīng)磁控濺射適于制備大面積均勻薄膜，并能實(shí)現(xiàn)單機(jī)年產(chǎn)上百萬(wàn)平方米鍍膜的工業(yè)化生產(chǎn)。但是反應(yīng)磁控濺射在20世紀(jì)90年代之前，通常使用直流濺射電源，因此帶來(lái) 了一些問(wèn)題，主要是靶中毒引起的打火和濺射過(guò)程不穩(wěn)定，沉積速率較低，膜的缺陷密度較高，這些都限制了它的應(yīng)用發(fā)展。

3、離子鍍膜法

離子鍍膜技術(shù)是在真空條件下，應(yīng)用氣體放電實(shí)現(xiàn)鍍膜的，即在真空室中使氣體或蒸發(fā)物質(zhì)電離，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟珠海真空爐體加熱速度擊下、同時(shí)將蒸發(fā)物或其反應(yīng)產(chǎn)物蒸鍍?cè)诨?。根?jù)不同膜材的氣化方式和離化方式可分為不同類型的離子鍍膜方式。膜材的氣化方式有電阻加熱、電子束加熱、等離子電子束加熱、高頻感應(yīng)加熱、陰極弧光放電加熱等。氣體分子或原子的離化和激活方式有：輝光放電型、電子束型、熱電子型、等離子電子束型、多弧型及高真空電弧放電型，以及各種形式的離子源等。不同的蒸發(fā)源與不同的電離或激發(fā)方式可以有多種不同的組合。目前比較常用的組合方式有：

(1) 直流二極型(DCIP)。利用電阻或電子束加熱使膜材氣化；被鍍基體作為陰極，利用高電壓直流輝光放電將充入的氣體氬(Ar)(也可充少量反應(yīng)氣體)離化。這種方法的特點(diǎn)是：基板溫升大、繞射性珠海真空爐體加熱速度好、附著性好，膜結(jié)構(gòu)及形貌差，若用電子束加熱必須用差壓板；可用于鍍耐腐蝕潤(rùn)滑機(jī)械制品。

(2) 多陰極型。利用電阻或電子束加熱使膜材氣化；依靠熱電子、陰極發(fā)射的電子及輝光放電使充入的真空惰性氣體或反應(yīng)氣體離化。這種方法的特點(diǎn)是：基板溫升小，有時(shí)需要對(duì)基板加熱；可用于鍍精密機(jī)械制品、電子器件裝飾品。

(3) 活性反應(yīng)蒸鍍法(ABE)。利用電子束加熱使膜材氣化；依靠正偏置探極和電子束間的低壓等離子體輝光放電或二次電子使充入的氧氣、氮?dú)?、乙炔等反?yīng)氣體離化。這種方法的特點(diǎn)是：基板溫升小，要對(duì)基板加熱，蒸鍍效率高，能獲得三氧化鋁( )、氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)等薄膜；可用于鍍機(jī)械制品、電子器件、珠海真空爐體加熱速度裝飾品。

(4) 空心陰極離子鍍(HCD)。利用等離子電子束加熱使膜材氣化；依靠低壓大電流的電子束碰撞使充入的氣體Ar或其它惰性氣體、反應(yīng)氣體離化。這種方法的特點(diǎn)是：基板溫升小，要對(duì)基板加熱，離化率高，電子束斑較大，能鍍金屬膜、介質(zhì)膜、化合物膜；可用于鍍裝飾鍍層、機(jī)械制品。

(5) 射頻離子鍍(RFIP)。利用電阻或電子束加熱使膜材氣化；依靠射頻等離子體放電使充入的真空Ar及其它惰性氣體、反應(yīng)氣體氧氣、氮?dú)狻⒁胰驳入x化。這種方法的特點(diǎn)是：基板溫升小，不純氣體少，成膜好，適合鍍化合物膜，但匹配較困難?？蓱?yīng)用于鍍光學(xué)器件、半導(dǎo)體器件、裝飾品、汽車(chē)零件等。

此外，離子鍍法還包括有低壓等離子體離子鍍，感應(yīng)離珠海真空爐體加熱速度子加熱鍍，集團(tuán)離子束鍍和多弧離子鍍等多種方法。

4、近些年來(lái)出現(xiàn)的新方法

除蒸發(fā)法和濺射法外，人們又綜合了這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)展出一些新的方法，如：等離子體束濺射等。這種嶄新的技術(shù)結(jié)合了蒸發(fā)鍍的高效和濺射鍍的高性能特點(diǎn)，特別在多元合金以及磁性薄膜的制備方面，具有其它手段無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。高效率等離子體濺射(High Target Utilization Plasma Sputtering(HiTUS))實(shí)際上是由利用射頻功率產(chǎn)生的等離子體聚束線圈、偏壓電源組成的一個(gè)濺射鍍膜系統(tǒng)。這種離子體源裝置在真空室的側(cè)面。如圖1所示。圖2為實(shí)際的鍍膜機(jī)照片。該等離子體束在電磁場(chǎng)的作用下被引導(dǎo)到靶上，珠海真空爐體加熱速度在靶的表面形成高密度等離子體。同時(shí)靶連接有DC/RF偏壓電源，從而實(shí)現(xiàn)高效可控的等離子體濺射。等離子體發(fā)生裝置與真空室的分離設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)濺射工藝參數(shù)寬范圍可控的關(guān)鍵，而這種廣闊的可控性使得特定的應(yīng)用能確定工藝參數(shù)最優(yōu)化。

與通常的磁控濺射相比，由于磁控靶磁場(chǎng)的存在而在靶材表面形成刻蝕環(huán)不同，HiTUS系統(tǒng)由于取消了靶材背面的磁鐵，從而能對(duì)靶的材料實(shí)現(xiàn)全面積均勻