蒸发镀膜和溅射镀膜的技术优缺点

学术   2024-10-26 13:50   中国  

真空镀膜技术,简称 PVD,是在真空条件下,运用物理方法使材料源表面气化成原子、分子或离子,进而在基体表面沉积具有特殊功能薄膜的技术。真空镀膜设备的镀膜技术主要分为蒸镀、溅射和离子镀三大类。其中,蒸发镀膜技术又细分为三种,即电阻蒸发、电子束蒸发和感应加热蒸发。

一、电阻蒸发镀膜技术


  • 原理:采用电阻加热蒸发源的蒸发镀膜技术,通过电阻加热使低熔点材料,如铝、金、银、硫化锌、氟化镁、三氧化二铬等汽化蒸发。加热电阻通常采用钨、钼、钽等。

  • 优点:结构简单,成本较低。

  • 缺点:材料易与坩埚反应,影响薄膜纯度,无法蒸镀高熔点的介电薄膜,且蒸发率低。


二、电子束蒸发镀膜技术


  • 原理:利用高速电子束加热使材料汽化蒸发,在基片表面凝结成膜。电子束热源能量密度可达 104 - 109 w/cm2,温度可超 3000℃,可蒸发高熔点的金属或介电材料,如钨、钼、锗、SiO2、AL2O3 等。电子束自源发出,经磁场线圈聚焦和偏转,对膜料进行轰击和加热。

  • 优点:可蒸发任何材料,薄膜纯度高,直接作用于材料表面,热效率高。

  • 缺点:电子枪结构复杂,造价高,化合物沉积时易分解,化学比失调。

三、感应加热蒸发镀膜技术


  • 原理:借助高频电磁场感应加热,使材料汽化蒸发并在基片表面凝结成膜。

  • 优点:蒸发速率大,约为电阻蒸发源的 10 倍,蒸发源温度稳定,不易产生飞溅现象,坩埚温度较低,坩埚材料对膜污染较少。

  • 缺点:蒸发装置需屏蔽,造价高且设备复杂。


这三种蒸发镀膜技术原理均为高温蒸发材质汽化镀膜,但应用环境不同,对镀的膜材和基材有不同要求。


四、磁控溅射镀膜技术


  • 优势介绍

    • 沉积速率大:采用高速磁控电极,可获大离子流,有效提高镀膜过程的沉积速率和溅射速率,产能高、产量大,广泛应用于工业生产。

    • 功率效率高:磁控溅射靶一般选 200V - 1000V 范围电压,通常为 600V,此电压处于功率效率最高有效范围。

    • 溅射能量低:磁控靶电压较低,磁场将等离子体约束在阴极附近,防止高能量带电粒子入射到基材上。

    • 基片温度低:利用阳极导走放电时产生的电子,无需基材支架接地,减少电子轰击基材,适合不耐高温的塑料基材镀膜。

    • 磁控溅射靶表面不均匀刻蚀:因靶磁场不均导致靶表面刻蚀不均,局部刻蚀速率大,靶材有效利用率低(仅 20% - 30%),可通过改变磁场分布或使磁铁在阴极中移动提高利用率。

    • 复合靶:可制作复合靶镀合金膜,如 Ta - Ti 合金、(Tb - Dy) - Fe 以及 Gb - Co 合金膜等。复合靶结构有圆块镶嵌靶、方块镶嵌靶、小方块镶嵌靶以及扇形镶嵌靶,扇形镶嵌靶结构使用效果佳。

    • 应用范围广:可沉积元素众多,常见有 Ag、Au、C、Co、Cu、Fe、Ge、Mo、Nb、Ni、Os、Cr、Pd、Pt、Re、Rh、Si、Ta、Ti、Zr、SiO、AlO、GaAs、U、W、SnO 等。

真空镀膜设备的磁控镀膜技术是众多获取高质量薄膜技术中应用最广泛的一种,其膜层类型多样,厚度可控性强,附着力高,致密性好,表面光洁度佳。

总之,不同的真空镀膜技术各有特点,在实际应用中需根据具体需求选择合适的技术,以达到最佳的镀膜效果。

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