物理气相沉积技术课件

物理气相沉积技术物理气相沉积技术The Physical Vapor Deposition(PVD)小组成员：林小组成员：林 斌斌 余宁宁余宁宁 葛葛 亚亚 苏妙达苏妙达 石丽丽石丽丽 高文龙高文龙PVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用原理原理：物理气相沉积技术表示在真空条件下，：物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源采用物理方法，将材料源固体或液体表面固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体并通过低压气体(或等离子体或等离子体)过程，在基体过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。PVD的物理原理示意图块状材料块状材料(靶材靶材)薄膜薄膜物质输运物质输运能量输运能量输运能量能量以气态方式进行以气态方式进行气态气态基底基底“物理气相沉积物理气相沉积”通常通常有有下面三个下面三个工艺工艺步骤步骤：所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化为气体为气体 生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底 蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜几种常见的薄膜结构 单层膜 周期结构多层膜SubstrateASubstrateABABPVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD特点1234物理气相沉积获物理气相沉积获得的沉积层薄。得的沉积层薄。涂层的纯度高涂层的纯度高单击此处添加标题沉积层材料来自固体物质源，采用各种加沉积层材料来自固体物质源，采用各种加热源或溅射源使固态物质变为原子态。热源或溅射源使固态物质变为原子态。涂层组织细密、与基涂层组织细密、与基体和结合强度好。体和结合强度好。PVD特点567可方便的控制可方便的控制多个工艺参数多个工艺参数，易获得单晶，易获得单晶、多晶、非晶、多晶、非晶、多层纳米层、多层纳米层结构的功能薄结构的功能薄膜。膜。可以在较低温度下获得各种功能薄膜，可以在较低温度下获得各种功能薄膜，基材范围广泛。基材范围广泛。无有害气体排出无有害气体排出，属于无污染技，属于无污染技术。术。PVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）真空蒸镀真空蒸镀离子镀离子镀溅射镀溅射镀电子束蒸发电子束蒸发热蒸发热蒸发直流溅射直流溅射射频溅射射频溅射磁控溅射磁控溅射电子束蒸发镀膜仪电子束蒸发镀膜仪 PVD 75 美国美国 Kurt J Lesker Company 磁控溅射镀膜仪磁控溅射镀膜仪 PVD 75 美国美国 Kurt J Lesker Company 电子束蒸发原理与特点电子束蒸发原理与特点原理原理：热电子由灯丝发射热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速，获后，被加速阳极加速，获得动能轰击到处于阳极的得动能轰击到处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀加热气化，而实现蒸发镀膜。膜。特点特点：多用于要求纯度极多用于要求纯度极高的膜、绝缘物的蒸镀和高的膜、绝缘物的蒸镀和高熔点物质的蒸镀。高熔点物质的蒸镀。E-GunCrucibleSubstrate fixture磁控溅射磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，增加了与气体原子发生碰撞的几率，在同样的电压和气压增加了与气体原子发生碰撞的几率，在同样的电压和气压下可以提高气体电离的效率，提高了沉积速率。下可以提高气体电离的效率，提高了沉积速率。附加磁场的优点附加磁场的优点 限制溅射离子的轨道限制溅射离子的轨道 增加离子在气体中停留的时间增加离子在气体中停留的时间 增强等离子体和电离过程增强等离子体和电离过程 减少溅射原子从靶材到衬底路程中的碰撞减少溅射原子从靶材到衬底路程中的碰撞 高磁场附近的产值比较高高磁场附近的产值比较高PVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用PVD 技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。近年来，由于擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。近年来，由于PVD技术技术和工艺、设备水平的发展，加上使用靶材品种和质量的增加，有效提和工艺、设备水平的发展，加上使用靶材品种和质量的增加，有效提高了涂层和基体的结合强度，扩大了涂层材料的种类，是过去难于使高了涂层和基体的结合强度，扩大了涂层材料的种类，是过去难于使用用PVD技术沉积的碳化物、氮化物、氧化物等硬质涂层，现在变成了技术沉积的碳化物、氮化物、氧化物等硬质涂层，现在变成了可能，极大地扩展了可能，极大地扩展了PVD技术的应用范围。技术的应用范围。与化学气相沉积（与化学气相沉积（CVD）工艺相比，）工艺相比，PVD工艺处理温度低，在工艺处理温度低，在600以以下时对材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于下时对材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响，符合工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。现代绿色制造的发展方向。FROM 1970sPVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用对高速钢刀具进行涂覆对高速钢刀具进行涂覆,可得到致密等轴涂层可得到致密等轴涂层,具有优异具有优异的耐磨特性的耐磨特性,可显著提高刀具的使用寿命；可显著提高刀具的使用寿命；在飞机和宇宙飞船的各种形状复杂的零部件上在飞机和宇宙飞船的各种形状复杂的零部件上,可镀制各可镀制各种薄膜；种薄膜；为选择传播射线为选择传播射线,在建筑玻璃上镀制化合物镀层；在建筑玻璃上镀制化合物镀层；为减少摩擦为减少摩擦,在各种工程机械零件上镀制润滑的膜层；在各种工程机械零件上镀制润滑的膜层；太阳能和光电元件应用的各种薄膜太阳能和光电元件应用的各种薄膜ONLY ON THE FILM?其它生长模式Frank-van der Merve ModeLayer by Layer(2D)衬底衬底衬底Stranski-Krastanov ModeLayer Plus Island Growth(2D-3D)Volmer-Weber ModeIsland Growth(3D)Thanks