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离子镀膜设备技术的进展

发布日期:2016-08-13 00:00 来源: 点击:

      本文概括地介绍了五十年来离子镀膜技术的发展概况,介绍了离子镀膜技术的意义、原理、特点、发展和应用范围。从D.M.Mattox 发明镀膜设备技术以来的五十年中,离子镀膜技术适应高端产品加工和高新技术发展的要求,得到了飞速发展。各种激励气体放电过程技术,提高等离子体密度的措施层出不穷,满足各种需要的新的薄膜材料在各个应用领域得到了广泛的应用。对国防事业、宇航事业、高新技术产品和美化人民生活做出了突出贡献。我们期待离子镀膜技术继往开来,在新的五十年中再放光彩。

镀膜设备

  材料科学是国家发展的三大支柱之一,薄膜材料更是我国前沿科学和高新技术产品的重要基石。制备薄膜材料的技术随着高新技术的发展,应用范围越来越宽阔。最初制备薄膜技术有两大类:膜层粒子来源于固态物质源的真空蒸发镀膜技术和来源于气态物质源的化学气相沉积技术。真空蒸发镀主要应用于光学、半导体芯片的布线等领域;化学气相沉积主要应用在硬质合金刀头上沉积氮化钛硬质涂层和半导体器件中的单晶硅、多晶硅薄膜、外延生长GaAs 半导体材料。这两类技术的特点都是利用热源来加热固态膜料和激励气态物质源分解、化合。蒸发温度和化学气相沉积温度在1000~2000 ℃范围。制备薄膜的能量来源于热源。

  高新技术的发展要求各种具有特殊功能的薄膜。例如:太阳能光热转换薄膜、光电转换薄膜、超导薄膜、透明导电薄膜、光磁存储薄膜、光电存储薄膜、铁电存储薄膜以及各种光敏、气敏、味敏传感薄膜等。只靠原有技术已经无法制备出这些薄膜,所以发展出把各种气体放电技术引入薄膜制备过程的离子镀膜技术,把膜层粒子离子化,从而提高膜层粒子的整体能量。这些技术包括蒸发型离子镀、磁控溅射离子镀和等离子体化学气相沉积,统称离子镀膜技术。近些年来这一技术发展很快。

  本文介绍了离子镀膜技术的意义、各种镀膜技术的原理、特点、发展和应用范围。

1、在气体放电引入镀膜过程之前制备薄膜技术的特点

  1.1、获得固态薄膜的源物质有固态物质源和气态物质源

  采用固态物质源制备薄膜的技术称真空蒸发镀膜技术;采用气态物质源制备薄膜的技术称化学气相沉积技术。

  1.2、镀膜过程的能量来源是热能

  真空蒸发镀膜技术把固态膜料加热、蒸发成金属蒸汽,从蒸发源蒸发出来的膜层原子在高真空度中飞向工件(基片)形成薄膜。固态膜料的蒸发温度1000~2000 ℃。

  热化学气相沉积技术直接向沉积室通入反应气体,反应气体在高温下进行热分解和热化合,在工件上沉积获得膜层。沉积氮化钛温度1000 ℃。图2 为热化学气相沉积装置示意图。

热化学气相沉积装置示意图

1.气源;2.气阀;3.沉积室;4.尾气处理系统

  1.3、薄膜材料应用范围

  真空蒸发镀膜技术在制备光学膜、导电膜、包装膜等方面已经有了广泛应用。但由于膜层粒子能量低,难于形成各种具有特殊性能的化合物膜层。

  热化学气相沉积技术在沉积氮化钛硬质涂层和半导体薄膜等方面已经取得了广泛应用。获得化合物膜层的温度太高,只能在硬质合金刀具上沉积硬质涂层。不能在应用广泛的高速钢刀具上镀氮化钛等硬质涂层,在高温下沉积半导体薄膜对膜层质量也会有不利的影响。

5、结论

  从D.M.Mattox 发明离子镀膜技术以来的五十年中,离子镀膜技术适应高端产品加工和高新技术发展的要求,得到了飞速发展。各种激励气体放电过程,提高等离子体密度的措施层出不穷。满足各种需要的新的薄膜材料在各个应用领域得到了广泛的应用。对国防事业、宇航事业、高新技术产品和美化人民生活做出了突出贡献。我们期待离子镀膜技术继往开来,在新的五十年中再放光彩。


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