真空鍍膜技術之工業應用

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1、真空鍍膜技術之工業應用真空鍍膜技術之工業應用內 容內 容真空鍍膜在裝飾性的應用真空鍍膜在裝飾性的應用真空鍍膜在機械耐磨耗的應用真空鍍膜在機械耐磨耗的應用真空鍍膜的其他應用真空鍍膜的其他應用真空鍍膜在3C產業的應用真空鍍膜在3C產業的應用真空鍍膜的方法真空鍍膜的方法物氣相積法 (PVD)真空蒸鍍濺射法電子束加熱電阻加熱子鍍法高頻感應加熱子束濺射直濺鍍射頻濺鍍化學氣相積法 (CVD)低壓化學氣相績法(LPCVD)有機屬化合物氣相績法( MOCVD)電漿輔助氣相績法( PECVD)薄膜形成法蒸發源Me+Me+Me+Me+Me+Me+Me+Me+Me+Step 1Transport from sour

2、ce to substrateFilm Growth on substrateCreation of depositionStep 2Step 3薄膜形成過程物蒸鍍依材蒸發的方式分真空蒸鍍濺射法電子束加熱電阻加熱子鍍法高頻感應加熱子束濺射直濺鍍射頻濺鍍陰極電弧中空陰極電子束加熱電阻加熱Sputtering基材靶材真空Pump氣體電漿電源DC RF DC-PulsedAr反應性氣體封閉式非平衡磁控濺鍍設備陰極電弧離子鍍膜設備物蒸鍍依載入載出的方式分大型化 連續式 低生產成本批次式批次式Chamber1 工件裝載 預抽真空 工件加熱 電漿清潔Chamber2 產生高真空 工件加熱 離子轟擊Cham

3、ber3 產生高真空 被覆Cr Chamber4 產生高真空 被覆ZrNChamber5 冷卻 工件卸載連續式鍍膜設備連續式鍍膜設備枚葉式鍍膜設備枚葉式鍍膜設備薄膜的基本鍍膜設備裝置模式圖 資料來源：美國鍍膜設備製造商協會SVC/金屬中心ITIS計畫整理捲取式真空蒸鍍化學蒸鍍分低壓化學氣相績法(LPCVD)有機屬化合物氣相績法( MOCVD)電漿輔助氣相績法( PECVD)化學氣相積法 (CVD)AX(g)?A(s)+X(g)熱分解 SiH4(g) ?Si(s)+2H2(g) 還原反應2AX(g)+H2(g)?2A(s)+2HX(g)WF6(g)+3H2(g)?W(s)+6HF(g)2AX(g

4、)+H2(g)?2A(s)+2HX(g)熱能CVD +電漿能PCVD有機屬化合物MOCVD電漿輔助氣相績法( PECVD)真空鍍膜的方法真空鍍膜的方法真空鍍膜在裝飾性的應用真空鍍膜在裝飾性的應用成份顏色硬度 Hv TiN金黃色2000 TiCN棕色、粉色2400-2800 ZrN金色3000 ZrCN棕色3200-3400 TiAlN金棕色、棕黑2400-2900 TiZrN金色2400-3000 CrN金屬色1500 CrCN銀色1500-2000 HfN黃綠色2750鍍膜顏色與硬度顏色範圍成份 L*a*b* TiN77-802-533-37 TiCN66-695.5-1621-23 ZrN

5、86-89-3-123-25 ZrCN79-84-1-317-29 Gold24K88-91-3.7-127-34鍍膜顏色範圍裝飾鍍膜的發展目的裝飾鍍膜的發展目的顏色顏色 耐刮耐刮 耐蝕耐蝕黃銅 不銹鋼 銅 鋅 塑膠（）裝飾性鍍膜的底材效應底材蒸鍍溫度中間介層平面顯示器 切削刀具/工模具塑膠薄膜/包裝材 料 光磁儲存媒體製 造 光學元件 生醫產業 其他一般工業用 途PVD/CVD鍍膜設 備業 真空蒸鍍設備 電阻、高周 波、電子束等 濺鍍設備(磁控 濺射、離子束 電子迴旋共振)CVD鍍膜設備 熱CVD、常壓 CVD、減壓 CVD、屬 CVD、光CVD、 微波CVD、射 CVD靶材零組件 真空系統

6、 蒸發源 電機系統 控制系統上游上游中游中游下游下游74.26億美元9590億美元以上40億美元真空鍍膜在微米方面的應用真空鍍膜在微米方面的應用奈米結構的大小約為1 100奈 米，即介於分子和次微米之間 。在如此小的尺度下，古典理 論已不敷使用，量子效應（ quantum effect）已成為不可忽 視的因素，再加上表面積所佔 的比例大增，物質會呈現迴異 於巨觀尺度下的物理、化學和 生物性質。奈米結構的尺寸範圍奈米結構的尺寸範圍HFCVD 鑽石微粉設備鑽石微粉設備單壁及多壁奈米碳管蒸鍍Evaporation GunLN2or LHe Cooling奈米材料之基本性質小尺寸效應特殊的光學性質當黃

7、金被細分到小於光波波長的尺寸時，即失去了原 有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在奈米 微顆粒狀態都呈現為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀 白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此 可見，金屬奈米微顆粒對光的反射率很低，通常可低 於l，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特 性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高 效率地將太陽能轉變為熱能、電能。此外又有可能應 用於紅外敏感元件、紅外隱身技術等。（2） 特殊的熱學性質金的正常熔點為1064 10奈米尺寸時，則降低27 2奈米尺寸時的熔點僅為327左右銀的常規熔點為670 奈米微銀顆粒的熔點可低於100 超細銀粉製成的導電漿料可以

8、進行 低溫燒結，此時元件的基片不必採 用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑 膠奈米微顆粒熔點下降的性質對粉末冶金工業具有一定的 吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1.0.5重量比的奈米 微鎳顆粒後，可使燒結溫度從3000降低到1200.1300， 以致可在較低的溫度下燒製成大功率半導體管的基片。（3） 特殊的磁學性質人們發現鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨 磁細菌等生物體中存在奈米微的磁性顆粒，使這類生物 在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。磁性奈 米微顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁 細菌依靠它遊向營養豐富的水底。通過電子顯微鏡的研 究表明，在趨磁細菌體內通常含有直徑約為2

9、x10-2微米 的磁性氧化物顆粒。小尺寸的奈米微顆粒磁性與大塊材 料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為80安米，而當 顆粒尺寸減小到2x10-2微米以下時，其矯頑力可增加1千 倍，若進一步減小其尺寸，大約小於6x10-3微米時，其 矯頑力反而降低到零，呈現出超順磁性。利用磁性奈米 微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記 錄磁粉，大量應用於磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙 等。利用超順磁性，人們已將磁性奈米微顆粒製成用途 廣泛的磁性液體。（4）特殊的力學性質陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由奈米微顆粒壓製成 的奈米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因為奈米材料具有大 的介面，介面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形 的條件下很容易遷移，因此表現出甚佳的韌性與一定的延 展性，使陶瓷材料具有新奇的力學性質。美國學者報道氟 化鈣奈米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表 明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是由磷酸 鈣等奈米材料構成的。呈奈米晶粒的金屬要比傳統的粗晶 粒金屬硬3.5倍。至於金屬一陶瓷等複合奈米材料則可在更 大的範圍內改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。