真空镀膜
真空镀膜基础知识
学校：龙岩学院 院系：物理与机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 11级机械（本）1班 姓名：柯建坤 学号： 2011043523 简介 真空镀膜 在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。 蒸发镀膜 通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，称为蒸发镀膜。这种方法最早由M.法拉第于1857年提出，现代已成为常用镀膜技术之一。蒸发镀膜设备结构如图1。 蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀工件，如金属、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。待系统抽至高真空后，加热坩埚使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。蒸气分子平均动能约为0.1～0.2电子伏。 蒸发镀膜的类型 蒸发源有三种类型。①电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状,通以电流,加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质（图1[蒸发镀膜设备示意图]
）电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料。②高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。③电子束加热源：适用于蒸发温度较高（不低于2000[618-1]）的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。 蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单质和不易热分解的化合物膜。 为沉积高纯单晶膜层，可采用分子束外延方法。生长掺杂的GaAlAs单晶层的分子束外延装置如图2[ 分子束外延装置示意图 ]。喷射炉中装有分子束源，在超高真空下当它被加热到一定温度时，炉中元素以束状分子流射向基片。基片被加热到一定温度，沉积在基片上的分子可以徙动，按基片晶格次序生长结晶用分子束外延法可获得所需化学计量比的高纯化合物单晶膜，薄膜最慢生长速度可控制在1单层/秒。通过控制挡板,可精确地做出所需成分和结构的单晶薄膜。分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。 溅射镀膜 用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用的二极溅射设备如图3[ 二
真空镀膜的现状与发展趋势
真空镀膜的现状与发展趋势 发布日期：2010-07-17 <<返回前一页 -------------------------------------------------------------------------------- 薄膜是一种物质形态，它所使用的膜材料非常广泛，可以是单质元素或化合物，也可以是无机材料或有机材料。薄膜与块状物质一样，可以是单晶态的，多晶态的或非晶态的。近年来功能材料薄膜和复合薄膜也有很大发展。镀膜技术及薄膜产品在工业上的应用非常广泛，尤其是在电子材料与元器件工业领域中占有及其重要的地位。 镀膜方法可以分为气相生成法，氧化法，离子注入法，扩散法，电镀法，涂布法，液相生长法等。气相生成法又可分为物理气相沉积法，化学气相沉积法和放电聚合法等。 真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气相沉积法，是基本的薄膜制备技术。它们都要求淀积薄膜的空间要有一定的真空度。所以，真空技术是薄膜制作技术的基础，获得并保持所需的真空环境，是镀膜的必要条件。 真空系统的种类繁多。在实际工作中，必须根据自己的工作重点进行选择。典型的真空系统包括：获得真空的设备（真空泵），待抽空的容器（真空室），测量真空的器具（真空计）以及必要的管道，阀门和其它附属设备。 1.真空蒸发镀膜法 真空蒸发镀膜法是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。真空蒸发镀膜又可以分为下列几种： 1.1 电阻蒸发源蒸镀法 采用钽，钼，钨等高熔点金属，做成适当形状的蒸发源，其上装入待蒸发材料，让气流通过，对蒸发材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入氧化铝，氧化铍等坩锅中进行间接加热蒸发，这就是电阻加热蒸发法。 利用电阻加热器加热蒸发的镀膜机结构简单，造价便宜，使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对镀膜质量要求不太高的大批量的生产中，迄今为止，在镀铝制镜的生产中仍然大量使用着电阻加热蒸发的工艺。 电阻加热方式的缺点是：加热所能达到的最高温度有限，加热器的寿命液较短。近年来，为了提高加热器的寿命，国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导电陶瓷材料作为加热器。据日本专利报道，可采用20％～30％的氮化硼和能与其相熔的耐火材料所组成的材料来制作坩锅，并在表面涂上一层含62％～82％的锆，其余为锆硅合金材料。 1.2 电子束蒸发源蒸镀法 将蒸发材料放入水冷钢坩锅中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸发后凝结在基板表面成膜，是真空蒸发镀膜技术中的一种重要的加热方法和发展方向。电子束蒸发克服了一般电阻加热蒸发的许多缺点，特别适合制作熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。 依靠电子束轰击蒸发的真空蒸镀技术，根据电子束蒸发源的形式不同，又可分为环形枪，直枪，e型枪和空心阴极电子枪等几种。 环形枪是由环形的阴极来发射电子束，经聚焦和偏转后打在坩锅内使金属材料蒸发。它的结构较简单，但是功率和效率都不高，基本上只是一种实验室用的设备，目前在生产型的装置中已经不再使用。 直枪是一种轴对称的直线加速枪，电子从灯丝阴极发射，聚成细束，经阳极加速后打在坩锅中使镀膜材料融化和蒸
真空电镀工艺
真空电镀工艺 根据真空电镀气相金属产生和沉积的方式，塑料真空电镀的方法主要分为热蒸发镀膜法（Thermal Evaporation Deposition ）和磁控溅射镀膜法（Sputtering ）两种工艺。图1为这两种基本工艺的示意图。 （a ）蒸发镀 （b ）溅射镀 真空蒸发镀膜法就是在1.3×10-2~1.3×10-3Pa(10-4~10-5Torr)的真空中以电阻加热镀膜材料，使它在极短的时间内蒸发，蒸发了的镀膜材料分子沉积在基材表冇上形成镀膜层。真空镀膜室是使镀膜材料蒸发的蒸发源，还有支承基材的工作架或卷绕装置都是真空蒸发镀膜设备的主要部分。镀膜室的真空度，镀膜材料的蒸发熟练地，蒸发距离和蒸发源的间距，以及基材表面状态和温度都是影响镀膜质量的因素。磁控溅射法又称高速低温溅射法。目前磁控溅射法已在电学膜，光学膜和塑料金属化等领域得到广泛的应用。磁控溅射法是在1.3×10-1Pa(10-3Torr)左右的真空中充入惰性气体，并在塑料基材（阳极）和金属靶材（阴极）之间加上高压真流电，由于辉光放电产生的电子激发惰性气体，产生等离子体。等离子体将金属靶材的原子轰出，沉积在塑料基材上。磁控溅射法与蒸发法相比，具有镀膜层与基材层的结合力强，镀膜层致密，均匀等优点。真空蒸发镀膜法需要使金属或金属化合物蒸发气化，而加热温度又不能太高，否则气相蒸镀金属会烧坏被塑料基材，因此，真空蒸镀法一般仅适用于铝等熔点较低的金属源，是目前应用较为广泛的真空镀膜工艺。相反，喷溅镀膜法利用高压电场激发产生等离子体镀膜物质，适用于几乎所有高熔点金属，合金及金属化合物镀膜源物质，如铬，钼，钨，钛，银，金等。而且它是一种强制性的沉积过程，采用该法获得的镀膜层与基材附着力远高于真空蒸发镀法，镀膜层具有致密，均匀等优点，加工成本也相对较高。目前在塑料包装薄膜真空镀铝加工上普遍采用蒸发镀膜工艺。 真空蒸发镀膜法和磁控喷溅镀膜法的工艺，性能特点比较列于下表。 真空镀膜方式中，除上述方式常见热蒸镀法和磁控溅射法，还有电晕气相沉积（Arc Vapor Deposition ）、化 学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition ，CVD ）、离子镀（Ion Plating ）等多种真空镀膜方式，后几个普及程度及与有机涂料的关系不大。 基材 窗 泵 蒸发源 靶 等离子体 电源 泵 气体 基材
真空镀膜试验
真空镀膜实验 一、 实验目的 真空镀膜技术广泛地应用在现代工业和科学技术中，光学仪器的反射镜，增透镜，激光器谐振腔的高反射膜，计算机上存储和记忆用的磁性薄膜，以及材料表面的超硬薄膜。此外在电子学、半导体等其它各尖端学科也都采用了真空技术。 本实验的目的是学习真空蒸发镀膜技术。通过本门实验，要求学生掌握如下几点：①较系统了解真空镀膜仪器的结构；②了解真空系统各组件的功能；③了解石英晶体振荡器测厚原理；④掌握真空蒸镀的基本原理；⑤了解真空镀膜仪器的基本操作。 二、预习要求 要求学生在实验之前对真空系统有一定了解，可以通过以下几本相关书籍获得相关信息。《薄膜材料制备原理、技术及应用》—— 唐伟忠著，冶金工艺出版社出版社；《薄膜物理与技术》—— 杨邦朝，王文生编著，电子科学出版社；《薄膜技术》—— 王力衡，清华大学出版社；《薄膜技术》—— 顾培夫，浙江大学出版社；《真空技术物理基础》—— 张树林，东北工学院出版社；《真空技术》—— 戴荣道，电子工业出版社。 三、实验所需仪器设备 实验过程需要的主要设备为DMDE 450型光学多层镀膜机。 真空镀膜机：本实验使用DMDE-450光学多层镀膜机，其装置结构如图3所示。它主要由真空系统、蒸发设备及膜厚监控系统组成。真空系统由各种真空器件组成，主要包括：真空室；真空泵（机械泵、和分子泵）；真空导管；各种真空阀门和测量真空度的真空计等。高真空阀门为碟式，机械泵与分子泵的连通阀门为三同式，将阀门拉出时，机械泵可以直接对镀膜室抽气，推入时机械泵与分子泵连通，同时也切断了机械泵与镀膜室的连接。 蒸发系统由真空钟罩，蒸发电极（共有二对）， 活动挡板，蒸发源，底盘等组成。蒸发源安装在电 图3镀膜机装置图 1电离管 2高真空碟阀 3分子泵 4机械泵 5低真空磁力阀 6储气桶 7低真空三同阀 8磁力充气阀 9热偶规 10钟罩 11针型阀
真空镀膜 2
得分教师签名批改日期深圳大学实验报告 课程名称：近代物理实验 实验名称：真空镀膜 学院：物理科学与技术学院 组号指导教师： 报告人：学号： 实验地点实验时间 实验报告提交时间：
一．实验目的 1．、直接地接触薄膜材料，对薄膜材料有一个直观的感性认识； 2．了解和学会直流磁控溅射制备金属薄膜的原理和方法； 3．了解清洗基片和测量薄膜膜厚的方法。 二．实验仪器 直流磁控溅射镀膜机；气体质量流量计；数显复合真空计；超声波清洗器；石英晶体振荡膜厚监控仪；氩气；K9玻璃基片等。 三．实验原理 一、真空的获得和测量 1．真空的获得 各级真空，均可通过各种真空泵来获得．不同的真空泵，都不可能在整个真空范围内工作，有些泵可直接从大气压下开始工作，但极限真空度都不高，如机械泵和吸附泵，通常这类泵用作前级泵；而有些泵则只能在一定的预备真空条件下才能开始正常工作，如扩散泵、离子泵等，这类泵需要前级泵配合，可作为高真空泵．一般利用分子泵－机械泵组来获得10-2Pa以上的高真空。本实验真空系统的主泵选分子/增压泵，前级泵选用直联高速旋片式机械泵。 （1）机械泵: 获得低真空常用的方法是采用机械泵．机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空的泵．机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵．机械泵可以从大气压开始工作，常被用来获得高真空泵的前缀真空和高真空系统的预备真空。通常，机械泵的极限压强为1×10-1 Pa． （2) 分子/增压泵：最早用来获得高真空的泵是扩散泵，目前依然广泛使用． 2.．真空的测量 测量真空度的装置称为真空计或真空规．由于被测量的真空度范围很广，真空计的种类很多．根据气体产生的压强、气体的粘滞性、动量转换率、热导率、电离等原理制成了各种真空计．本实验选用数显复合真空计来测量镀膜室内的真空度，测量范围：1×105Pa～1×10-4Pa。 二、基片的清洗方法 基片上的污染物会影响在它上面形成的薄膜的性质。对于玻璃基片，清洗的方法有若干种：1.用化学溶剂等清洗的方法 如果玻璃表面的污染物质是一般的油类时，也经常用化学溶剂来把油脂溶解掉。最标准的化学溶剂是罗铬酸和硫酸混合液（把重铬酸溶解于浓硫酸使之达到饱和的溶液在室温用几个小时，若是接近沸腾状态的溶液只要用几分钟，就能把严重的污染清洗干净，但是，一般因玻璃种类而异，大多数光学玻璃手酸或碱侵蚀时，在玻璃表面就会产生由二氧化硅骨架形成的所谓腐蚀斑痕。而且由于这种混合液含有铬离子，故废液的处理很麻烦，因此，最近，大多采用处理半导体的强碱溶液。在玻璃污染不是很严重的时候，依次浸入丙酮、酒精、流水的方法也是有效的。使用化学溶剂时，最后玻璃要用流水进行充分的冲洗，并且随后从沸水或者沸腾的酒精中取出来，迅速进行干燥，等等。这些都是有效的措施。 2、超声波清洗 若使超声波在液体中传播，则在液体中就会产生空穴又产生又消失的现象（气穴效应），这是空穴内的压力，瞬时局部地升高，如果作用到放在液体中的固体表面，就产生局部升温和局部高速流动，结果就将固体表面洗净。这就是超声波清洗的原理。该方法对于除去油脂
PVD镀膜工艺
PVD镀膜工艺 PVD镀膜工艺 1.装饰件材料（底材） (1)金属。不锈钢、钢基合金、锌基合金等。 (2)玻璃、陶瓷。 (3)塑料。abs、pvc、pc、sheet、尼龙、水晶等。 (4)柔性材料。涤纶膜、pc、纸张、布、泡沫塑料、钢带等。 2.装饰膜种类 (1)金属基材装饰膜层：tin、zrn、tic、crnx、ticn、crcn、ti02、al等。 (2)玻璃、陶瓷装饰膜层：tio2、cr2o3、mgf2、zns等。 (3)塑料基材装饰膜层：ai、cu、ni、si02、ti02、ito、mgf2。 (4)柔性材料装饰膜层：al、lto、ti02、zns等。 3.部分金属基材装饰膜颜色 金属基材装饰膜的种类和色调很多。表1为部分金属基材装饰膜的种类及颜色。 表1 部分金属基材装饰膜的种类及颜色膜层种类 色调 tinx 浅黄、金黄、棕黄、黑色 tic 浅灰色、深灰色 ticxny 赤金黄色、玫瑰金色、棕色、紫色 tin+ au 金色 zrn 金黄色 zrcxny 金色、银色 tio2 紫青蓝、绿、黄、橙红色 crnx 银白色 tixal-nx 金黄色、棕色、黑色
金黄色 3.装饰膜的镀制工艺 一．金属件装饰膜镀制工艺 比较成熟的镀膜技术有电弧离子镀、磁控溅射离子镀和复合离子镀。下面分别从各类镀膜技术中选取一种具有代表性的典型镀制工艺进行介绍。 1)用电弧离子镀的方法为黄铜电镀亮铬或镍手表壳镀制ticn膜。 采用小弧源镀膜机和脉冲偏压电源； (1)工件清洗、上架、入炉 工件在入炉之前要经过超声波清洗、酸洗和漂洗三道工序。 首先是在超声波清洗槽中放入按使用要求配制的金属清洗剂，利用超声波进行脱脂、清洗。清洗之后，进行酸洗，它可以中和超声波清洗时残余的碱液，还能起到活化处理的作用。然后进行漂洗以彻底除去酸液，漂洗时必须采用去离子纯净水或蒸馏水。经过三洗后，即时进行烘干，温度一般控制在100℃左右，时间为1h左右。也可以风吹干后马上人炉。 (2)镀膜前的准备工作 ①清洁真空镀膜室。用吸尘器将真空镀膜室清洁一遍。当经过多次镀膜时，真空镀膜室的内衬板还需作定期清洗，一般是半个月清洗一次。 ②检查电弧蒸发源。工作前，要确保电弧蒸发源发源安装正确，绝缘良好，引弧针控制灵活,程合适，恰好能触及阴极表面。 ③检查工件架的绝缘情况。工件架与地之间的绝缘必须须良好，负偏压电源与工件架的接触点点必须接触良好。 以上几项工作确保没有问题后，才可以关闭真空镀膜室的门，进行抽气和镀膜。 (3)抽真空 真空抽至6.6 x 10-3pa。开始是粗抽，从大气抽至5pa左右，用油扩散泵进行细抽。在粗抽时，可以烘烤加热至150℃。伴随镀膜室温度的升高，器壁放气会使真空度降低，然后又回升，等到温度回升到6.6 x 10-3pa时方可进行镀膜工作。 (4)轰击清洗 ①氩离子轰击清洗 真空度：通人高纯度氩气(99.999%)真空度保持在2～3pa。轰击电压：800～1000v。轰击时间：10min. 此刻在真空镀膜室内发生辉光放电，放电产生的氩离子以较高的能量撞击工件表面，将工件表面吸附的气体、杂质和工件表面层原子溅射下来，露出材料的新鲜表面。
真空镀膜机操作指导
真空镀膜实验指导 真空镀膜常用的方法有蒸发镀膜、射频溅射镀膜和离子镀膜等。本实验通过介绍蒸发镀膜原理，掌握蒸发镀膜的操作方法。真空镀膜技术在电真空、无线电、光学、固体物理、原子能和空间技术中有广泛的应用。 1真空镀膜原理： 1.1蒸发镀膜机理 蒸发镀膜是真空镀膜的一种，它是在高真空条件下将物质加热到沸腾状态，沸腾出来的原子或分子溅落在固体材料表面，形成一层或多层膜的方法。凡是在沸腾温度下不分解或不变性的物质都可以用此法蒸镀成膜。 蒸发原子的成膜过程比较复杂，这里只能粗略描述如下：溅落原子首先被固体表面吸附，当表面温度低于某一临界温度时，原子开始“核化”——部分原子凝聚成团，出现若干“岛”，然后这些“岛”逐渐吸收周围的原子而长大，众多的“岛”相互连接成一片而成一块连续的膜。蒸发镀膜的条件主要有两个，分别介绍如下： 1.2高真空 我们希望蒸发出来的原子或分子不要受空气分子的阻挡而直接溅落到固体的表面，这样，蒸发镀膜的速度高，成膜质量也好。相反，如果真空度低，有大量的空气分子存在，一方面，蒸发出来的原子或分子与空气分子碰撞，阻碍了膜材分子的扩散，降低了蒸镀的速度，影响了膜的均匀性，另一方面，空气的导热使得膜材的温度不能很快地升高，必然要加大加热功率；更有甚者，空气的存在可能使膜材的某些成分氧化，引起成分变性；在连接着抽气机的情况下，若不能很快完成镀膜，膜料将被抽走。因此，蒸发镀膜需要在高真空条件下进行。当然，真空度也不需要绝对地高。事实上，只要分子的平均自由程大于膜材到基底的距离即可。如果膜材到基底的距离为10 --20cm，根据自由程公式 （d是分子的直径，n是分子数密度） 不难估计真空度在Pa以上就可以满足要求。 1.3材料洁净 材料的洁净包括膜料的洁净和基底材料的洁净。这一要求似乎是不言而喻的。如果材料中混有颗粒状或纤维状的杂质，将直接影响膜的均匀性和牢固度；如果混有可融的化学成分，将影响膜的物理性质，如亮度、表面张力、电导率等等。所以，膜材和基底的清洗工作必须认真对待。 2真空技术
真空电镀及工艺流程(Vacuumplatingandprocess)
真空电镀及工艺流程（Vacuum plating and process）真空电镀及工艺流程(Vacuum plating and process) Vacuum plating and process Source: the full update training date: 2011 09 month 22 hits: 216 Vacuum evaporation is heated in a high vacuum condition of the metal, melting, evaporation, cooling after forming a metal film on plastic surface. The commonly used metal is aluminum and other low melting point metal. A method for heating metal: the heat generated by the resistance, but also the use of electron beam. In the implementation of evaporation of plastic products, in order to ensure that the metal cooling heat emitted by the resin to deformation, must adjust the evaporation time. In addition, the metal or alloy melting point, boiling point is too high is not suitable for evaporation. The plating metal and plated plastic products in the vacuum chamber, using certain methods of heating the plating material, the metal evaporation or sublimation, metal vapor encountered plastic surface cold condensed into a metal film. Under vacuum conditions can reduce the evaporation of materials in atomic and molecular collision to plastic products and other molecules, reduce the chemical reactivity of the molecules in a gas and steam source between materials (such as oxidation), thus providing the film
真空蒸发镀膜原理
Ａ、真空电镀原理: 一般而言,镀膜在真空镀膜机内以真空度1~5 x 10 —4Toｒｒ程度进行(1Toｒr=１公厘水银柱高得压力,大气压为760Torr)。其镀膜膜厚约为0.1 ~０、２微米、颜如果镀膜在特定厚度以下时(即太薄),面油对底油将会产生侵蚀、引起化学变化(如表面雾化等)。如镀膜过厚时,会产生白化得状态。颜填料,助剂,树脂,乳液,分散Dr＜!——[if ！supportＦoot<！--［en ｄｉｆ]——>l〈！--[if ！suｐｐortFｏoｔnｏtes]－－＞［1]<！--[endif]—－〉v#W？n8D＜!-—[if !sｕpportＦoｏtnｏtes]——〉[1］