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三种常见的薄膜材料物理气相沉积方法(PVD)

发布时间:2021-04-12浏览次数:载入中...
引言:物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术表示在真空条件下,采用物理方法,将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有,真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜,及分子束外延等。发展到目前,物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。

本文为大家介绍三种常见的沉积薄膜的方法,包括:真空蒸镀(vacuum evaporation),磁控溅射(magnetron sputtering),电弧离子镀(arc ion plating/deposition),三种方法均属于物理气相沉积(PVD)。
1、真空蒸镀




原理:真空蒸镀的原理极为简单,可以简单解释为,在真空室内通过加热使材料靶材蒸发,形成蒸汽流,同时保证待镀件较低的温度,使得靶材在待镀件表面凝固。

优缺点:优点是真空蒸镀无论是从原理上还是从方法上都比较简单。而其主要缺点是,靶材对于镀件几乎没有冲击,薄膜与基片(待镀件)的集合不是十分紧密,此外其镀膜速度较低,绕射性差(对基片的背面以及侧面的沉积能力),此方法只适合制备低熔点材料薄膜。

2、磁控溅射





原理:磁控溅射是在真空室内加入正交(有例外)的电磁场,空间中的电子在电磁场的作用下不断做螺旋线运动,电子运动撞击空间中稀有气体粒子(一般氮气、氩气),使其离化,离化了的粒子又会产生运动着的电子,继续撞击其他稀有气体粒子,于是电子越来越多,形成电子云环绕在阳离子周围,构成等离子体,阳离子在电场力的作用下作用下轰击靶材(靶材接负压),溅射出靶材离子,在基片上沉积。

优缺点:先说优点,与磁控溅射蒸镀相比磁控溅射的沉积速率有所上升,沉积薄膜的致密度有所加强,既可以沉积导体,半导体,亦可以绝缘体。缺点是,离化率较低,基片轰击不够强。

3、电弧离子镀



原理:实现电弧离子镀的第一步是引弧,其原理与电焊时的引弧类似。引起的弧斑在靶材上运动(可以通过磁场进行控制),利用电弧的高温和高压使靶材产生离化的气体,并在电场力的作用下轰击基片。

优缺点:优点是离化率高,沉积速率大,轰击剧烈,膜层致密与基片结合好。缺点是由于电弧处的高温以及离化粒子的撞击,电弧离子镀极易产生一些大颗粒,这严重影响镀膜质量。
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