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1、物理气相沉积技术第1页，讲稿共25张，创作于星期二PVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用第2页，讲稿共25张，创作于星期二原理原理：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气固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体过低压气体(或等离子体或等离子体)过程，在基体表面沉过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。积具有某种特殊功能的薄膜的技术。第3页，讲稿共25张，创作于星期二PVD的物理原理示意图块状材料块状材料(靶
2、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第4页，讲稿共25张，创作于星期二“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：1.所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化为气体所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化为气体2.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3.蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜第5页，讲稿共25张，创作于星期二几种常见的薄膜结构单层膜周期结构多层膜SubstrateASubstrateABAB第6页，讲稿共25张，创作于星
3、期二PVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用第7页，讲稿共25张，创作于星期二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，采用各种加热源或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。溅射源使固态物质变为原子态。涂层组织细密、与基体涂层组织细密、与基体和结合强度好。和结合强度好。第8页，讲稿共25张，创作于星期二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、多层纳米层结多层纳米层结构的功
4、能薄膜。构的功能薄膜。可以在较低温度下获得各种功能薄膜，基材范围可以在较低温度下获得各种功能薄膜，基材范围广泛。广泛。无有害气体排出，无有害气体排出，属于无污染技术。属于无污染技术。第9页，讲稿共25张，创作于星期二PVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用第10页，讲稿共25张，创作于星期二物理气相沉积（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第11页，讲稿共25张，创作于星期二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 Compa
5、ny 磁控溅射镀膜仪磁控溅射镀膜仪 PVD 75 美国美国 Kurt J Lesker Company 第12页，讲稿共25张，创作于星期二电子束蒸发原理与特点电子束蒸发原理与特点原理原理：热电子由灯丝发射后，热电子由灯丝发射后，被加速阳极加速，获得动能被加速阳极加速，获得动能轰击到处于阳极的蒸发材料轰击到处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。而实现蒸发镀膜。特点特点：多用于要求纯度极高多用于要求纯度极高的膜、绝缘物的蒸镀和高熔的膜、绝缘物的蒸镀和高熔点物质的蒸镀。点物质的蒸镀。第13页，讲稿共25张，创作于星期二E-GunCrucibleSubst
6、rate fixture第14页，讲稿共25张，创作于星期二磁控溅射磁控溅射：使电子的路径不再是直线，而是螺旋线，增加了：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下可以提高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。气体电离的效率，提高了沉积速率。第15页，讲稿共25张，创作于星期二第16页，讲稿共25张，创作于星期二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
7、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第17页，讲稿共25张，创作于星期二PVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用第18页，讲稿共25张，创作于星期二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、低摩擦系数、很好的耐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，由于磨性和化学稳定性等优点。近年来，由于PVD技术和工艺、设备水平的发展，加上使用技术和工艺、设备水平的发展，加上使用靶材品种和质量的增加，有效提高了涂层和基体的结合强度，扩大了涂层材料的种类，是靶材
8、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，是过去难于使用过去难于使用PVD技术沉积的碳化物、氮化物、氧化物等硬质涂层，现在变成了可能，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以下时对材料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，更适于对硬质合金精密复杂刀具的抗弯强度无影响；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；的涂层；PVD工艺对环境无不
9、利影响，符合现代绿色制造的发展方向。工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。FROM 1970s第19页，讲稿共25张，创作于星期二PVD原理原理PVD特点PVD分类PVD现状与发展PVD应用第20页，讲稿共25张，创作于星期二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,具有优异的耐具有优异的耐磨特性磨特性,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,可镀制各种薄膜；可镀制各种薄膜；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
10、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第21页，讲稿共25张，创作于星期二ONLY ON THE FILM?第22页，讲稿共25张，创作于星期二其它生长模式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)第23页，讲稿共25张，创作于星期二第24页，讲稿共25张，创作于星期二感谢大家观看2023/4/3第25页，讲稿共25张，创作于星期二