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1、材料表面工程材料表面工程第八章第八章 气相沉积技术气相沉积技术随随着着学学业业压压力力的的增增大大，带带眼眼镜镜的的学学生生越越来来越越多多。在在选选眼眼镜镜的的时时候候，导导购购员员往往往往会会推推荐荐加加膜膜镜镜片片。一一般般来来说说加加膜膜镜镜片片有有三三种种类类型型。一一是是耐耐磨磨损损膜膜（硬硬膜膜），防防止止与与灰灰尘尘或或砂砂砾砾的的摩摩擦擦都都会会造造成成镜镜片片磨磨损损；二二是是抗抗反反射射膜膜，减减少少光光线线的的反反射射；三三是是抗抗污污膜膜（顶顶膜膜），具具有有抗抗油油污污和和抗抗水水性性能能。而而眼眼镜镜片上的这三种膜就是通过气相沉积技术镀上的。片上的这三种膜就是通过
2、气相沉积技术镀上的。 l气气相相沉沉积积技技术术：是是将将含含有有沉沉积积元元素素的的气气相相物物质质，通通过过物物理理或或化学的方法沉积到材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。化学的方法沉积到材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。l目目的的：是是在在各各种种材材料料或或制制品品表表面面沉沉积积单单层层或或多多层层薄薄膜膜，从从而而使使材材料料或或制制品品获获得得所所需需的的各各种种优优异异性性能能。如如TiC、TiN、Ti(C,N)、(Ti,Al)N、Cr2C3、Al2O3、C-BN等超硬耐磨涂层。等超硬耐磨涂层。导入导入3l这项技术早期被称为这项技术早期被称为“干镀干镀”，根据成膜过程的原理不
3、同可以分，根据成膜过程的原理不同可以分为：为：I.物理气相沉积物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition，PVD）II.化学气相沉积化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition，CVD）望远镜和照相机的镜头镀膜起什么望远镜和照相机的镜头镀膜起什么作用？是采用什么工艺方法镀上去作用？是采用什么工艺方法镀上去的？为什么呈现出不同的颜色？的？为什么呈现出不同的颜色？第一节第一节 物理气相沉积过程及特点物理气相沉积过程及特点p物物理理气气相相沉沉积积（PVD）是是指指在在真真空空条条件件下下，利利用用各各种种物物理理方方法法，将将镀镀料料气气化化成成原原子子、分分子子
4、或或使使其其电电离离成成粒粒子子，直直接接沉沉积积到到基基片片或或工工件件表表面面形形成成固固态薄膜的方法。态薄膜的方法。一、物理气相沉积的定义一、物理气相沉积的定义沉沉积积过过程程中中，若若沉沉积积粒粒子子来来源源于于化化合合物物的的气气相相分分解解反反应应，则则称称为为化化学学气气相相沉沉积积（CVD），否否则则称称为物理气相沉积（为物理气相沉积（PVD）。）。二、物理气相沉积的基本过程二、物理气相沉积的基本过程ppPVDPVD主要包括三个过程：主要包括三个过程：蒸发镀膜：蒸发镀膜：使镀料加热蒸发；使镀料加热蒸发；溅射镀膜：溅射镀膜：用具有一定能量的离子轰击，从靶材上击出镀用具有一定能量的
5、离子轰击，从靶材上击出镀料原子。料原子。（1）气相物质的产生：）气相物质的产生：物理气相沉积过程示意图物理气相沉积过程示意图l高真空度时（真空度为高真空度时（真空度为10-2Pa）：镀镀料料原原子子很很少少与与残残余余气气体体分分子子碰碰撞撞，基基本本上上是是从从镀镀源源直直线线前前进至基片；进至基片；l低真空度时（如真空度为低真空度时（如真空度为10Pa）：则则镀镀料料原原子子会会与与残残余余气气体体分分子子发发生生碰碰撞撞而而绕绕射射，但但只只要要不不过过于降低镀膜速率，还是允许的。于降低镀膜速率，还是允许的。l真空度过低：真空度过低：镀料原子频繁碰撞会相互凝聚为微粒，则镀膜过程无法进行。
6、镀料原子频繁碰撞会相互凝聚为微粒，则镀膜过程无法进行。（2）气相物质的输送：）气相物质的输送：镀镀料料向向所所镀镀制制的的工工件件（或或基基片片）输输送送过过程程，要要求求在在真真空空中中进行，这主要是为了避免过多气体碰撞。进行，这主要是为了避免过多气体碰撞。（3）气相物质的沉积：）气相物质的沉积：l气气相相物物质质在在基基片片上上沉沉积积是是一一个个凝凝聚聚过过程程。根根据据凝凝聚聚条条件件的的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。l反应镀：反应镀：镀镀料料原原子子在在沉沉积积时时，可可与与其其它它活活性性气气体体分分子子发发生生化化学学反反应应而形
7、成化合物膜，称为反应镀。而形成化合物膜，称为反应镀。如如镀镀制制TiC是是在在蒸蒸镀镀Ti的的同同时时，向向真真空空室室通通入入乙乙炔炔，于于是是基片上发生反应基片上发生反应2TiC2H22TiC十十H2而得到而得到TiC膜层。膜层。l l离子镀：离子镀：离子镀：离子镀：在在镀镀料料原原子子凝凝聚聚成成膜膜的的过过程程中中，还还可可以以同同时时用用具具有有一一定定能能量量的的离离子子轰轰击击膜膜层层，目目的的是是改改变变膜膜层层的的结结构构和和性性能能，这这种种镀膜技术称为离子镀。镀膜技术称为离子镀。反反应应镀镀在在工工艺艺和和设设备备上上变变化化不不大大，可可认认为为是是蒸蒸镀镀和和溅溅射射
8、的的一一种应用；种应用；离离子子镀镀在在技技术术上上变变化化较较大大，所所以以通通常常将将其其与与蒸蒸镀镀和和溅溅射射并并列列为另一类镀膜技术。为另一类镀膜技术。蒸发镀膜技术；蒸发镀膜技术；溅射镀膜技术；溅射镀膜技术；离子镀膜技术。离子镀膜技术。pPVD技术分类：技术分类：a.镀前处理；镀前处理；b.真空沉积；真空沉积；c.镀后处理。镀后处理。pPVD的工艺：的工艺：三、物理气相沉积的特点三、物理气相沉积的特点u镀镀膜膜材材料料来来源源广广 镀镀膜膜材材料料可可以以是是金金属属、合合金金、化化合合物物等等，无无论论导导电电还还是是不不导导电电，低低熔熔点点还还是是高高熔熔点点，液液相相还还是是
9、固固相相，块体还是粉末，都可以使用。块体还是粉末，都可以使用。u沉沉积积温温度度低低 比比化化学学气气相相沉沉积积制制备备技技术术所所需需温温度度低低得得多多，无无受受热变形或材料变质问题。热变形或材料变质问题。u膜层附着力强膜层附着力强 膜层厚度均匀而致密，纯度高。膜层厚度均匀而致密，纯度高。u工艺过程易于控制工艺过程易于控制 主要是通过电参数控制。主要是通过电参数控制。u真空条件下沉积真空条件下沉积 无有害气体排除，环保无污染。无有害气体排除，环保无污染。u设备较复杂，一次性投入较高。设备较复杂，一次性投入较高。四、物理气相沉积的应用四、物理气相沉积的应用目前，物理气相沉积技术已广泛应用于
10、机械、目前，物理气相沉积技术已广泛应用于机械、航空航天、电子、光学、轻工业和建筑业等领航空航天、电子、光学、轻工业和建筑业等领域，用于制备单耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝域，用于制备单耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、润滑、超导、装饰等缘、光学、磁性、压电、润滑、超导、装饰等薄膜。薄膜。 第二节第二节 真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜l蒸发镀膜过程：蒸发镀膜过程：一、蒸发镀膜的原理一、蒸发镀膜的原理p在高真空中用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在高真空中用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称在基体表面的方法称蒸发镀膜，蒸发镀膜，简称简称蒸镀蒸镀。被镀材料蒸被镀材
11、料蒸发过程发过程蒸发材料粒蒸发材料粒子迁移过程子迁移过程蒸发材料粒蒸发材料粒子沉积过程子沉积过程蒸发材料蒸发材料蒸发材料粒子蒸发材料粒子 基片基片( (工件工件) )蒸发镀膜系统蒸发镀膜系统l成膜机理：成膜机理：三种生长模式三种生长模式a)形核、长大、合并成膜；形核、长大、合并成膜；b)单分子层均匀覆盖，逐层沉积；单分子层均匀覆盖，逐层沉积；c)单分子层沉积，再形核长大。单分子层沉积，再形核长大。加加热热器器材材料料常常使使用用钨钨、钼钼、钽钽等等高高熔熔点点金金属属，按按照照蒸蒸发发材材料料的的不同，可制成丝状、带状和板状。不同，可制成丝状、带状和板状。Power SupplyPlatens
12、 with several wafersMolten Aluminium in a crucibleElectron BeamAluminium VapourElectron Gun二、蒸发源二、蒸发源利利用用电电子子束束加加热热可可以以使使钨钨（熔熔点点3380）、 钼钼（熔熔点点2610）和和钽钽（熔熔点点3100）等等高高熔熔点金属熔化。点金属熔化。(1) (1) 电阻加热蒸镀：电阻加热蒸镀：(2) (2) 电子束加热蒸镀电子束加热蒸镀蒸镀纯金属膜中蒸镀纯金属膜中90是铝膜：是铝膜：在在制制镜镜工工业业中中广广泛泛采采用用蒸蒸镀镀，以以铝铝代代银银，节节约约贵贵重金属。重金属。集成电路是
13、镀铝进行金属化，然后再刻蚀出导线。集成电路是镀铝进行金属化，然后再刻蚀出导线。在在聚聚酯酯薄薄膜膜上上镀镀铝铝具具有有多多种种用用途途，可可制制造造小小体体积积的电容器；的电容器；制作防止紫外线照射的食品软包装袋等；制作防止紫外线照射的食品软包装袋等；经阳极氧化和着色后即得色彩鲜艳的装饰膜。经阳极氧化和着色后即得色彩鲜艳的装饰膜。双双面面蒸蒸镀镀铝铝的的薄薄钢钢板板可可代代替替镀镀锡锡的的马马口口铁铁制制造造罐罐头盒。头盒。蒸镀只适用于镀制蒸镀只适用于镀制对结合强度要求不高的某些功能膜对结合强度要求不高的某些功能膜，例如用作电，例如用作电极的导电膜，光学透镜的反射膜、光学镜头用的增透膜等及装饰
14、用极的导电膜，光学透镜的反射膜、光学镜头用的增透膜等及装饰用的金膜、银膜。的金膜、银膜。三、蒸发镀膜的应用三、蒸发镀膜的应用第三节第三节 溅射镀膜溅射镀膜溅溅溅溅射射射射镀镀镀镀膜膜膜膜是是是是指指指指在在在在真真真真空空空空室室室室中中中中，利利利利用用用用荷荷荷荷能能能能粒粒粒粒子子子子轰轰轰轰击击击击镀镀镀镀料料料料表表表表面面面面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。溅溅溅溅射射射射下下下下来来来来的的的的材材材材料料料料原原原原子子子子具具具具有有有有10-10-10-10-3
15、5 35 35 35 eVeVeVeV的的的的动动动动能能能能，远远远远大大大大于于于于蒸蒸蒸蒸镀镀镀镀时时时时的的的的原原原原子子子子动动动动能能能能，所所所所以以以以溅溅溅溅射射射射膜膜膜膜的的的的结合强度高于蒸镀膜。结合强度高于蒸镀膜。结合强度高于蒸镀膜。结合强度高于蒸镀膜。Aluminium TargetPedestalWaferPlasma一、溅射镀膜的原理及特点一、溅射镀膜的原理及特点Ar+Ar+Ar+Ar+ArArArGas InArArArArAr-+e-e-e-e-直流二极溅射直流二极溅射 阴极上接阴极上接阴极上接阴极上接1 1 1 13kV3kV3kV3kV的直流负高压，的
16、直流负高压，的直流负高压，的直流负高压，阳极通常接地。阳极通常接地。阳极通常接地。阳极通常接地。优点：优点：优点：优点：结构简单，控制方便。结构简单，控制方便。结构简单，控制方便。结构简单，控制方便。缺点：缺点：缺点：缺点：因工作压力较高膜层有沾污；因工作压力较高膜层有沾污；因工作压力较高膜层有沾污；因工作压力较高膜层有沾污；沉积速率低，不能镀沉积速率低，不能镀沉积速率低，不能镀沉积速率低，不能镀10m10m10m10m以上的膜厚；以上的膜厚；以上的膜厚；以上的膜厚；由于大量二次电子直接轰击由于大量二次电子直接轰击由于大量二次电子直接轰击由于大量二次电子直接轰击基片使基片温升过高。基片使基片温
17、升过高。基片使基片温升过高。基片使基片温升过高。 二、溅射镀膜方法二、溅射镀膜方法三极和四极溅射三极和四极溅射 三极溅射是在二极溅射的装置上三极溅射是在二极溅射的装置上三极溅射是在二极溅射的装置上三极溅射是在二极溅射的装置上附加一个电极，使放出热电子附加一个电极，使放出热电子附加一个电极，使放出热电子附加一个电极，使放出热电子强化放电，它既能使溅射速率强化放电，它既能使溅射速率强化放电，它既能使溅射速率强化放电，它既能使溅射速率有所提高，又能使溅射工况的有所提高，又能使溅射工况的有所提高，又能使溅射工况的有所提高，又能使溅射工况的控制更为方便。控制更为方便。控制更为方便。控制更为方便。 四极溅
18、射如图所示，这种溅射方四极溅射如图所示，这种溅射方四极溅射如图所示，这种溅射方四极溅射如图所示，这种溅射方法还是不能抑制由靶产生的高法还是不能抑制由靶产生的高法还是不能抑制由靶产生的高法还是不能抑制由靶产生的高速电子对基片的轰击，还存在速电子对基片的轰击，还存在速电子对基片的轰击，还存在速电子对基片的轰击，还存在因灯丝具有不纯物而使膜层沾因灯丝具有不纯物而使膜层沾因灯丝具有不纯物而使膜层沾因灯丝具有不纯物而使膜层沾污等问题。污等问题。污等问题。污等问题。 磁控溅射磁控溅射 ：磁磁控控溅溅射射是是7070年年代代迅迅速速发发展展起起来来的的新新型型溅溅射射技技术术，目目前前已在工业生产中实际应用
19、。已在工业生产中实际应用。磁磁控控溅溅射射的的镀镀膜膜速速率率与与二二极极溅溅射射相相比比提提高高了了一一个个数数量量级级，它具有它具有高速、低温、低损伤高速、低温、低损伤等优点：等优点：高速是指高速是指沉积速率快；沉积速率快；低温和低损伤是指低温和低损伤是指基片的温升低、对膜层的损伤小。基片的温升低、对膜层的损伤小。在阴极靶面上建立一个平行的磁场，使靶放在阴极靶面上建立一个平行的磁场，使靶放在阴极靶面上建立一个平行的磁场，使靶放在阴极靶面上建立一个平行的磁场，使靶放出的高速电子转向，从而出的高速电子转向，从而出的高速电子转向，从而出的高速电子转向，从而减小了电子冲减小了电子冲减小了电子冲减小
20、了电子冲击基板发热的影响，击基板发热的影响，击基板发热的影响，击基板发热的影响，在在在在133Pa133Pa133Pa133Pa的低压下，的低压下，的低压下，的低压下，基本温度在基本温度在基本温度在基本温度在100100100100就可成膜。就可成膜。就可成膜。就可成膜。能能能能量量量量较较较较低低低低的的的的二二二二次次次次电电电电子子子子在在在在靠靠靠靠近近近近靶靶靶靶的的的的封封封封闭闭闭闭等等等等离离离离子子子子体体体体中中中中作作作作循循循循环环环环运运运运动动动动，路路路路程程程程足足足足够够够够长长长长，每每每每个个个个电电电电子子子子使使使使原原原原子子子子电电电电离离离离的的
21、的的机机机机会会会会增增增增加加加加，而而而而且且且且只只只只有有有有在在在在电电电电子子子子的的的的能能能能量量量量耗耗耗耗尽尽尽尽以以以以后后后后才才才才能能能能脱脱脱脱离离离离靶靶靶靶表表表表面面面面落落落落在在在在阳阳阳阳极极极极（基基基基片片片片）上上上上，这这这这是是是是基基基基片片片片温温温温升升升升低低低低、损伤小的主要原因。损伤小的主要原因。损伤小的主要原因。损伤小的主要原因。磁控溅射原理：磁控溅射原理： 高密度等离子体被电磁场束缚在靶面附近，不与基片接触。这样高密度等离子体被电磁场束缚在靶面附近，不与基片接触。这样高密度等离子体被电磁场束缚在靶面附近，不与基片接触。这样高密
22、度等离子体被电磁场束缚在靶面附近，不与基片接触。这样电离产生的电离产生的电离产生的电离产生的正离子能十分有效地轰击靶面，基片又免受等离子体的轰正离子能十分有效地轰击靶面，基片又免受等离子体的轰正离子能十分有效地轰击靶面，基片又免受等离子体的轰正离子能十分有效地轰击靶面，基片又免受等离子体的轰击。击。击。击。电子与气体原子的碰撞几率高，因此气体离化率大大增加。电子与气体原子的碰撞几率高，因此气体离化率大大增加。电子与气体原子的碰撞几率高，因此气体离化率大大增加。电子与气体原子的碰撞几率高，因此气体离化率大大增加。射频溅射：射频溅射：射频溅射的两个电极，接在交变的射频电源上，射频溅射的两个电极，接
23、在交变的射频电源上，,一个周期内，一个周期内，每个电极交替称为阴极和阳极，正离子和电子交替轰击靶子。每个电极交替称为阴极和阳极，正离子和电子交替轰击靶子。在在射频电源交变电场作用下，气体中的电子随之发生振荡，并射频电源交变电场作用下，气体中的电子随之发生振荡，并使气体电离为等离子体。使气体电离为等离子体。另一电极对于等离子体处于负电位，另一电极对于等离子体处于负电位，是阴极，受到离子轰击，用于装置靶材。是阴极，受到离子轰击，用于装置靶材。缺缺点点：是是大大功功率率的的射射频频电电源源不不仅仅价价高高，对对于于人人身身防防护护也也成成问问题题。因此，射频溅射不适于工业生产应用。因此，射频溅射不适
24、于工业生产应用。前前前前述述述述各各各各种种种种方方方方法法法法都都都都是是是是把把把把靶靶靶靶置置置置于于于于等等等等离离离离子子子子体体体体中中中中，因因因因此此此此膜膜膜膜面面面面都都都都要要要要受受受受到到到到气气气气体体体体和和和和带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子的的的的冲冲冲冲击击击击、膜膜膜膜的的的的性性性性能能能能受受受受等等等等离离离离子子子子体体体体状状状状态态态态的的的的影影影影响响响响很很很很大大大大，溅溅溅溅射射射射条条条条件件件件也也也也不不不不易易易易严严严严格格格格控制，例如气体压力、靶电压、放电电流等参数都不能独立控制。控制，例如气体压力、靶电压、放电电流等参
25、数都不能独立控制。控制，例如气体压力、靶电压、放电电流等参数都不能独立控制。控制，例如气体压力、靶电压、放电电流等参数都不能独立控制。离离离离子子子子束束束束溅溅溅溅射射射射是是是是采采采采用用用用单单单单独独独独的的的的离离离离子子子子源源源源产产产产生生生生用用用用于于于于轰轰轰轰击击击击靶靶靶靶材材材材的的的的离离离离子子子子，独独独独立立立立控控控控制制制制轰轰轰轰击击击击离离离离子子子子的的的的能能能能量量量量和和和和束束束束流流流流密密密密度度度度，基基基基片片片片不不不不接接接接触触触触等等等等离离离离子子子子体体体体，这这这这些些些些都都都都有有有有利利利利于于于于控制膜层质量
26、。控制膜层质量。控制膜层质量。控制膜层质量。此此此此外外外外，离离离离子子子子束束束束溅溅溅溅射射射射是是是是在在在在真真真真空空空空度度度度比比比比磁磁磁磁控控控控溅溅溅溅射射射射更更更更高高高高的的的的条条条条件件件件下下下下进进进进行行行行的的的的，这这这这有有有有利利利利于于于于降降降降低低低低膜膜膜膜层层层层中中中中的的的的杂杂杂杂质质质质气气气气体体体体的的的的含含含含量量量量但但但但是是是是离离离离子子子子束束束束溅溅溅溅射射射射镀镀镀镀膜膜膜膜速速速速度度度度太太太太低低低低，也不适合镀大面积工件。也不适合镀大面积工件。也不适合镀大面积工件。也不适合镀大面积工件。离子束溅射：离
27、子束溅射：在物理气相沉积的各类技术中，在物理气相沉积的各类技术中，溅射最容易控制合金溅射最容易控制合金膜的成分膜的成分： 镀镀镀镀制制制制合合合合金金金金膜膜膜膜可可可可以以以以采采采采用用用用多多多多靶靶靶靶共共共共溅溅溅溅射射射射，这这这这时时时时控控控控制制制制各各各各个个个个磁磁磁磁控控控控靶靶靶靶的的的的溅溅溅溅射射射射参参参参数数数数，可可可可以以以以得得得得到到到到一一一一定定定定成成成成分分分分的的的的合合合合金金金金膜膜膜膜。如如如如果果果果直直直直接接接接采采采采用用用用合合合合金金金金靶靶靶靶（单单单单靶靶靶靶）进进进进行行行行溅溅溅溅射射射射，则则则则不不不不必必必必采
28、采采采用用用用任任任任何何何何控控控控制制制制措措措措施施施施，就就就就可可可可以以以以得得得得到到到到与靶材成分（相对一致）的合金膜。与靶材成分（相对一致）的合金膜。与靶材成分（相对一致）的合金膜。与靶材成分（相对一致）的合金膜。 化化化化合合合合物物物物膜膜膜膜的的的的镀镀镀镀制制制制可可可可选选选选用用用用化化化化合合合合物物物物靶靶靶靶溅溅溅溅射射射射和和和和反反反反应应应应溅溅溅溅射射射射。许许许许多多多多化化化化合合合合物物物物是是是是导导导导电电电电材材材材料料料料，其其其其电电电电导导导导率率率率有有有有的的的的甚甚甚甚至至至至与与与与金金金金属属属属材材材材料料料料相相相相当
29、当当当，这这这这时时时时可可可可以以以以采采采采用用用用化化化化合合合合物物物物靶靶靶靶进进进进行行行行直直直直流流流流溅溅溅溅射射射射。对对对对于于于于绝绝绝绝缘缘缘缘材材材材料料料料化化化化合合合合物物物物，则则则则只只只只能能能能采用射频溅射。采用射频溅射。采用射频溅射。采用射频溅射。 溅溅射射薄薄膜膜按按其其不不同同的的功功能能和和应应用用可可大大致致分分为为机机械械功功能能膜膜和和物物理理功功能能膜膜两两大大类类：前前者者包包括括耐耐磨磨、减减摩摩、耐耐热热、抗抗蚀蚀等等表表面面强强化化薄薄膜膜材材料料、固体润滑薄膜材料；后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料等。固体润滑薄膜材料；后者
30、包括电、磁、声、光等功能薄膜材料等。CrCrCrNCrN等等等等合合合合金金金金靶靶靶靶或或或或镶镶镶镶嵌嵌嵌嵌靶靶靶靶，在在在在N2N2，CH4CH4等等等等气气气气氛氛氛氛中中中中进进进进行行行行反反反反应应应应溅溅溅溅射射射射镀镀镀镀膜膜膜膜，可以在各种工件上镀可以在各种工件上镀可以在各种工件上镀可以在各种工件上镀CrCr，CrCCrC，CrNCrN等镀层，取代镀硬铬。等镀层，取代镀硬铬。等镀层，取代镀硬铬。等镀层，取代镀硬铬。用用用用 TiNTiN，TiCTiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系数小，等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系数小，等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系
31、数小，等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、模具等的工作特性，又可以提高使用寿能，既可以提高刀具、模具等的工作特性，又可以提高使用寿能，既可以提高刀具、模具等的工作特性，又可以提高使用寿能，既可以提高刀具、模具等的工作特性，又可以提高使用寿命，一般可使刀具寿命提高命，一般可使刀具寿命提高命，一般可使刀具寿命提高命，一般可使刀具寿命提高3-103-10倍。倍
32、。倍。倍。在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不能用润滑油，只有用软金属或层状物质等固体润滑剂，其中溅射法制能用润滑油，只有用软金属或层状物质等固体润滑剂，其中溅射法制能用润滑油，只有用软金属或层状物质等固体润滑剂，其中溅射法制能用润滑油，只有用软金属或层状物质等固体润滑剂，其中溅射法制取取取取 MoSMoSMoSMoS2 2 2 2 膜及聚四氟乙烯膜十分有效。膜及聚四氟乙烯膜十分有效。膜及聚四
33、氟乙烯膜十分有效。膜及聚四氟乙烯膜十分有效。 三、溅射镀膜的应用三、溅射镀膜的应用第四节第四节 离子镀膜离子镀膜离离子子镀镀就就是是在在镀镀膜膜的的同同时时，采采用用带带能能离离子子轰轰击击基基片片表表面面和和膜膜层层的的镀镀膜膜技技术术。离离子子轰轰击击的的目目的的在在于于改改善善膜膜层层的的性性能能，离离子子镀镀是是镀镀膜膜与与离子轰击改性离子轰击改性同时进行的镀膜过程。同时进行的镀膜过程。离子镀可以看作是高级的真空蒸镀技术离子镀可以看作是高级的真空蒸镀技术离子镀可以看作是高级的真空蒸镀技术离子镀可以看作是高级的真空蒸镀技术无论是蒸镀还是溅射都可以发展成为离子镀。无论是蒸镀还是溅射都可以发
34、展成为离子镀。在磁控溅射时，将基片与真空室绝缘，再加上数百伏的负在磁控溅射时，将基片与真空室绝缘，再加上数百伏的负偏压，即有能量为偏压，即有能量为100eV量级的离子向基片轰击，从而实量级的离子向基片轰击，从而实现离子镀。现离子镀。离子镀也可以在蒸镀的基础上实现，例如在真空室内通入离子镀也可以在蒸镀的基础上实现，例如在真空室内通入1Pa量级的氩气后，在基片上加上量级的氩气后，在基片上加上1000V以上的负偏压，以上的负偏压，即可产生辉光放电，并有能量为数百电子伏的离子轰击基即可产生辉光放电，并有能量为数百电子伏的离子轰击基片，这就是离子镀。片，这就是离子镀。一、离子镀膜的原理及特点一、离子镀膜
35、的原理及特点对于真空蒸镀、溅射、离子镀三种不同的镀膜技术，入射到基片上的每对于真空蒸镀、溅射、离子镀三种不同的镀膜技术，入射到基片上的每个个沉积粒子所带的能量是不同沉积粒子所带的能量是不同的：的：热蒸镀原子大约热蒸镀原子大约0.2eV0.2eV，溅射原，溅射原子大约子大约1-50eV1-50eV，而离子镀中轰击离子大概有几百到几千，而离子镀中轰击离子大概有几百到几千eVeV。离离子子轰轰击击对对基基片片表表面面有有清清洗洗作作用用，另另外外还还能能促促进进形形成成共共混混的的过过渡渡层层。如如果果离离子子轰轰击击的的热热效效应应足足以以使使界界面面处处产产生生扩扩散散层层，形形成成冶冶金金结结
36、合合，则则更更有有利利于于提提高高结合强度结合强度。蒸蒸镀镀的的膜膜层层其其残残余余应应力力为为拉拉应应力力，而而离离子子轰轰击击产产生生压压应应力力，可可以以抵抵消消一一部部分分拉拉应应力力。离离子子轰轰击击可可以以提提高高镀镀料料原原子子在在膜膜层层表表面面的的迁迁移移率率，这这有利于获得有利于获得致密的膜层致密的膜层。如如果果离离子子能能量量过过高高会会使使基基片片温温度度升升高高，使使镀镀料料原原子子向向基基片片内内部部扩扩散散，这这时时获获得得的的就就不不再再是是膜膜层层而而是是渗渗层层，离离子子镀镀就就转转化化为为离离子子渗渗镀镀了了。离离子渗镀的离子能量为子渗镀的离子能量为100
37、0eV1000eV左右。左右。空心阴极离子镀（空心阴极离子镀（HCDHCD） HCDHCDHCDHCD法是利用法是利用法是利用法是利用空心热阴极放电产生空心热阴极放电产生空心热阴极放电产生空心热阴极放电产生等离子体。等离子体。等离子体。等离子体。空心钽管作为阴极，辅助阳极距空心钽管作为阴极，辅助阳极距空心钽管作为阴极，辅助阳极距空心钽管作为阴极，辅助阳极距阴极较近，二者作为阴极较近，二者作为阴极较近，二者作为阴极较近，二者作为引燃弧光引燃弧光引燃弧光引燃弧光放电放电放电放电的两极。阳极是镀料。的两极。阳极是镀料。的两极。阳极是镀料。的两极。阳极是镀料。 弧光放电时，电子轰击阳极镀料，弧光放电时
38、，电子轰击阳极镀料，弧光放电时，电子轰击阳极镀料，弧光放电时，电子轰击阳极镀料，使其熔化而实现蒸镀。基片加使其熔化而实现蒸镀。基片加使其熔化而实现蒸镀。基片加使其熔化而实现蒸镀。基片加上负偏压，使蒸发原子离化，上负偏压，使蒸发原子离化，上负偏压，使蒸发原子离化，上负偏压，使蒸发原子离化，阳离子在负偏压的作用下飞向阳离子在负偏压的作用下飞向阳离子在负偏压的作用下飞向阳离子在负偏压的作用下飞向基片，实现离子镀。基片，实现离子镀。基片，实现离子镀。基片，实现离子镀。二、常用离子镀方法二、常用离子镀方法多弧离子镀多弧离子镀多弧离子镀多弧离子镀多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在多弧离子镀是采用电弧放电的
39、方法，在多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在固体的阴极靶材上直接蒸发金属，固体的阴极靶材上直接蒸发金属，固体的阴极靶材上直接蒸发金属，固体的阴极靶材上直接蒸发金属，电流可达电流可达电流可达电流可达 10105 5-10-107 7A/cmA/cm2 2，使金属蒸发，使金属蒸发，使金属蒸发，使金属蒸发并由于电弧放电中电子的冲击使蒸并由于电弧放电中电子的冲击使蒸并由于电弧放电中电子的冲击使蒸并由于电弧放电中电子的冲击使蒸发到弧柱的金属电离成等离子状态，发到弧柱的金属电离成等离子状态，发到弧柱的金属电离成等离子状态，发到弧柱的金属电离成等离子状态，并在负压的基体上沉积
40、。并在负压的基体上沉积。并在负压的基体上沉积。并在负压的基体上沉积。这种装置不需要熔池，阴极靶可根据工这种装置不需要熔池，阴极靶可根据工这种装置不需要熔池，阴极靶可根据工这种装置不需要熔池，阴极靶可根据工件形状在任意方向布置。件形状在任意方向布置。件形状在任意方向布置。件形状在任意方向布置。入射粒子能量高，膜的致密度高，强度入射粒子能量高，膜的致密度高，强度入射粒子能量高，膜的致密度高，强度入射粒子能量高，膜的致密度高，强度好，膜基界面产生原子扩散，结合好，膜基界面产生原子扩散，结合好，膜基界面产生原子扩散，结合好，膜基界面产生原子扩散，结合强度高，离化率高，一般可达强度高，离化率高，一般可达
41、强度高，离化率高，一般可达强度高，离化率高，一般可达60608080。突出优点是蒸镀速率快，突出优点是蒸镀速率快，突出优点是蒸镀速率快，突出优点是蒸镀速率快，TiNTiN膜可达膜可达膜可达膜可达10-10-1000nm/s1000nm/s。以喷射蒸发的方式成膜，。以喷射蒸发的方式成膜，。以喷射蒸发的方式成膜，。以喷射蒸发的方式成膜，可以保证膜层成分与靶材一致，这可以保证膜层成分与靶材一致，这可以保证膜层成分与靶材一致，这可以保证膜层成分与靶材一致，这是其它蒸镀技术所做不到的。是其它蒸镀技术所做不到的。是其它蒸镀技术所做不到的。是其它蒸镀技术所做不到的。三、离子镀膜的应用三、离子镀膜的应用四、四
42、、PVD三种基本方法的比较三种基本方法的比较第五节第五节 化学气相沉积化学气相沉积气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积过过过过程程程程的的的的基基基基本本本本步步步步骤骤骤骤与与与与物物物物理理理理气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积不不不不同同同同的的的的是是是是，沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。其其其其过过过过程程程程为为为为在在在在相相相相当当当当高高高高的的的的温温温温度度度度下下下下，混混混混合合合合气气气气体体体体与与与与基基基基体体体体的的的的表表表表面面面面相相相相互互互互作
43、作作作用用用用，使使使使混混混混合合合合气气气气体体体体中中中中的的的的某某某某些些些些成成成成分分分分分分分分解解解解，并并并并在在在在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。离子镀膜的应用离子镀膜的应用The CVD ProcessThe CVD Process4 4 化学气相沉积（化学气相沉积（ CVDCVD） 气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积过过过过程程程程的的的的基基基基本本本本步步步步骤骤骤骤与与与与物物物物理理理理气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积
44、不不不不同同同同的的的的是是是是，沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。 PrecursorReactorEnergyThinfilmsGasbyproductGasbyproductl lhydrideshydrides: :（氢化物）（氢化物）（氢化物）（氢化物）MHx-MHx-SiHSiH4 4,GeH,GeH4 4,AlH,AlH3 3(NMe(NMe3 3) )2 2,NH,NH3 3,PH,PH3 3. l lhalideshalides: :（卤化物）（卤化物）（卤化物）（卤
45、化物）MXy-MXy-TiClTiCl4 4,TaCl,TaCl5 5,MoF,MoF6 6,WF,WF6 6,.,. l lmetal-organicsmetal-organics （金属有机物）（金属有机物）（金属有机物）（金属有机物）- -metalalkylsmetalalkyls（烷基）（烷基）（烷基）（烷基） metalalkoxidesmetalalkoxides（醇盐）（醇盐）（醇盐）（醇盐） metaldialkylamidesmetaldialkylamides（乙二醇胺）（乙二醇胺）（乙二醇胺）（乙二醇胺）: :metaldiketonatesmetaldiketonat
46、es（二酮）（二酮）（二酮）（二酮）: :metalcarbonylsmetalcarbonyls（羰基羰基羰基羰基）: :others:complexeswithalkene,allyl,others:complexeswithalkene,allyl,cyclopentadienyl,etc.cyclopentadienyl,etc.Precursor4.1 4.1 化学气相沉积（化学气相沉积（ CVDCVD）的过程）的过程Reactor5.5.4.1 5.5.4.1 化学气相沉积（化学气相沉积（ CVDCVD） 的过程的过程CVDCVD的过程：的过程：混合气体与基体的表面相互作用，使混合
47、气体中的某些成分分混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中的某些成分分混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中的某些成分分混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中的某些成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。通常通常通常通常CVDCVD的反应温度范围大约的反应温度范围大约的反应温度范围大约的反应温度范围大约 900-2000900-2000。中温中温中温中温CVDCVD（MTCVDMTCVD）的典型反应温度大约）的典
48、型反应温度大约）的典型反应温度大约）的典型反应温度大约 500-800500-800，它通常是通过，它通常是通过，它通常是通过，它通常是通过金属有机化合物在较低温度的分解来实现的，所以又称金属有机化合金属有机化合物在较低温度的分解来实现的，所以又称金属有机化合金属有机化合物在较低温度的分解来实现的，所以又称金属有机化合金属有机化合物在较低温度的分解来实现的，所以又称金属有机化合物物物物CVDCVD（MOCVDMOCVD）。）。）。）。等离子体增强等离子体增强等离子体增强等离子体增强CVDCVD（PCVDPCVD）以及激光）以及激光）以及激光）以及激光 CVDCVD（LCVDLCVD）中气相化学
49、反）中气相化学反）中气相化学反）中气相化学反应由于等离子体的产生或激光的辐照也可以把反应温度降低。应由于等离子体的产生或激光的辐照也可以把反应温度降低。应由于等离子体的产生或激光的辐照也可以把反应温度降低。应由于等离子体的产生或激光的辐照也可以把反应温度降低。 4 4 化学气相沉积（化学气相沉积（ CVDCVD）的过程）的过程 4.2 CVD4.2 CVD的特点的特点（1 1）在在在在中中中中温温温温或或或或高高高高温温温温下下下下，通通通通过过过过气气气气态态态态的的的的初初初初始始始始化化化化合合合合物物物物之之之之间间间间的的的的气气气气相相相相化化化化学反应而沉积固体。学反应而沉积固体
50、。学反应而沉积固体。学反应而沉积固体。（2 2）可可可可以以以以在在在在大大大大气气气气压压压压（常常常常压压压压）或或或或者者者者低低低低于于于于大大大大气气气气压压压压下下下下（低低低低压压压压）进进进进行行行行沉积。一般来说低压效果要好些。沉积。一般来说低压效果要好些。沉积。一般来说低压效果要好些。沉积。一般来说低压效果要好些。（3 3）采采采采用用用用等等等等离离离离子子子子和和和和激激激激光光光光辅辅辅辅助助助助技技技技术术术术可可可可以以以以显显显显著著著著地地地地促促促促进进进进化化化化学学学学反反反反应应应应，使沉积可在较低的温度下进行。使沉积可在较低的温度下进行。使沉积可在较
51、低的温度下进行。使沉积可在较低的温度下进行。（4 4）镀镀镀镀层层层层的的的的化化化化学学学学成成成成分分分分可可可可以以以以改改改改变变变变，从从从从而而而而获获获获得得得得梯梯梯梯度度度度沉沉沉沉积积积积物物物物或或或或者者者者得得得得到混合镀层。到混合镀层。到混合镀层。到混合镀层。（5 5 5 5）可以控制镀层的密度和纯度。）可以控制镀层的密度和纯度。）可以控制镀层的密度和纯度。）可以控制镀层的密度和纯度。（6 6 6 6）绕镀性好，可在复杂形状的基体上以及颗料材料上镀制。）绕镀性好，可在复杂形状的基体上以及颗料材料上镀制。）绕镀性好，可在复杂形状的基体上以及颗料材料上镀制。）绕镀性好，
52、可在复杂形状的基体上以及颗料材料上镀制。（7 7 7 7）气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层。）气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层。）气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层。）气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层。（8 8 8 8）沉沉沉沉积积积积层层层层通通通通常常常常具具具具有有有有柱柱柱柱状状状状晶晶晶晶结结结结构构构构，不不不不耐耐耐耐弯弯弯弯曲曲曲曲。但但但但通通通通过过过过各各各各种种种种技技技技术术术术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶粒的等轴沉积层。对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶粒的等轴沉积层。对化学反应进行气相扰动，可以得到细
53、晶粒的等轴沉积层。对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶粒的等轴沉积层。（9 9 9 9）可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。）可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。）可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。）可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。4.2 CVD4.2 CVD的特点的特点由由于于传传统统的的CVDCVD沉沉积积温温度度大大约约在在800800以以上上，所所以以必必须须选选择择合适的基体材料合适的基体材料。例如，大部分钢就不合适：应力，相变等例如，大部分钢就不合适：应力，相变等常用的基体包括：常用的基体包括：各种难熔金属（钼常被采用）、石英、陶瓷、硬质合金等。各种难
54、熔金属（钼常被采用）、石英、陶瓷、硬质合金等。当当沉沉积积温温度度低低于于700700时时，也也可可以以钢钢为为基基体体，但但对对钢钢的的表表面面必必须须进进行行保保护护，一一般般用用电电镀镀或或化化学学镀镀的的方方法法在在表表面面沉沉积积一一薄薄层镍。层镍。4.2 CVD4.2 CVD的特点的特点CVDCVD 镀层可用于要求耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及镀层可用于要求耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及镀层可用于要求耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及镀层可用于要求耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及有某些电学、光学和摩擦学性能的部件。有某些电学、光学和摩擦学性能的部件。有某些电学、光学和摩擦学性能的部件。有某些电学、光学和摩擦学性
55、能的部件。 对于耐磨硬镀层一般采用难熔的硼化物、碳化物、氮化物和氧化对于耐磨硬镀层一般采用难熔的硼化物、碳化物、氮化物和氧化物。物。在耐磨镀层中，用于金属切削刀具占主要地位。满足这些要求在耐磨镀层中，用于金属切削刀具占主要地位。满足这些要求的镀层包括的镀层包括TiC，TiN，Al2O3，TaC，HfN和和TiB2以及它们的以及它们的组合。组合。除刀具外，除刀具外，CVD镀层还可用于其它承受摩擦磨损的设备，如镀层还可用于其它承受摩擦磨损的设备，如泥浆传输设备、煤的气化设备和矿井设备等。泥浆传输设备、煤的气化设备和矿井设备等。 4.2 CVD4.2 CVD的特点的特点4.3 4.3 金属有机化合物
56、化学气相沉积（金属有机化合物化学气相沉积（MOCVDMOCVD）MOCVDMOCVD是是是是常常常常规规规规CVDCVD技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展。它它它它用用用用在在在在相相相相当当当当低低低低的的的的温温温温度度度度下下下下能能能能分解的金属有机化合物作初始反应物。分解的金属有机化合物作初始反应物。分解的金属有机化合物作初始反应物。分解的金属有机化合物作初始反应物。MOCVDMOCVD的优点是可以在热敏感的基体上进行沉积；的优点是可以在热敏感的基体上进行沉积；的优点是可以在热敏感的基体上进行沉积；的优点是可以在热敏感的基体上进行沉积；其缺点是沉积速率低、晶体缺陷密度高、膜中杂
57、质多。其缺点是沉积速率低、晶体缺陷密度高、膜中杂质多。其缺点是沉积速率低、晶体缺陷密度高、膜中杂质多。其缺点是沉积速率低、晶体缺陷密度高、膜中杂质多。在在在在这这这这种种种种技技技技术术术术中中中中把把把把欲欲欲欲镀镀镀镀膜膜膜膜层层层层的的的的一一一一种种种种或或或或几几几几种种种种组组组组分分分分以以以以金金金金属属属属烷烷烷烷基基基基化化化化合合合合物物物物的的的的形形形形式式式式输输输输送送送送到到到到反反反反应应应应区区区区，而而而而其其其其它它它它的的的的组组组组分分分分可可可可以以以以氢氢氢氢化化化化物物物物的的的的形形形形式式式式输输输输送送送送。其其其其它它它它的的的的初初初
58、初始始始始反反反反应应应应物物物物，如如如如氯氯氯氯置置置置换换换换的的的的金金金金属属属属烷烷烷烷基基基基化化化化合合合合物物物物或或或或配位化合物也可采用。配位化合物也可采用。配位化合物也可采用。配位化合物也可采用。已已已已经经经经用用用用金金金金属属属属有有有有机机机机化化化化合合合合物物物物沉沉沉沉积积积积了了了了氧氧氧氧化化化化物物物物、氮氮氮氮化化化化物物物物、碳碳碳碳化化化化物物物物和和和和硅硅硅硅化化化化物物物物镀镀镀镀层层层层。许许许许多多多多金金金金属属属属有有有有机机机机化化化化合合合合物物物物在在在在中中中中温温温温分分分分解解解解，可可可可以以以以沉沉沉沉积积积积在在
59、在在如如如如钢钢钢钢这这这这样样样样一一一一类类类类的的的的基基基基体体体体上。所以这项技术也被称为中上。所以这项技术也被称为中上。所以这项技术也被称为中上。所以这项技术也被称为中温温温温CVDCVD（MTCVDMTCVD）。）。）。）。等离子作辅助化学气相沉积（等离子作辅助化学气相沉积（等离子作辅助化学气相沉积（等离子作辅助化学气相沉积（PCVDPCVDPCVDPCVD）PCVD PCVD 法的工作原理：法的工作原理：工工件件置置于于阴阴极极上上，利利用用辉辉光光放放电电或或外外热热源源使使工工件件升升到到一一定定温温度度后后，与与CVD法法相相似似，通通入入适适量量的的反反应应气气，经经过
60、过和和等等离离子子体体反反应应生生成成沉积薄膜。沉积薄膜。由由于于存存在在辉辉光光放放电电过过程程，气气体体剧剧烈烈电电离离而而受受到到活活化化，这这和和CVD法法的的气气体体单单纯纯受受热热激激活活不不同同，所所以以反应温度可以大大下降。反应温度可以大大下降。PCVDPCVD法与法与CVD CVD 法比较法比较 在在在在硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金表表表表面面面面作作作作镀镀镀镀层层层层时时时时由由由由于于于于温温温温度度度度低低低低，基基基基体体体体不不不不易易易易脱脱脱脱碳碳碳碳，镀镀镀镀层层层层下下下下仍仍仍仍能能能能保保保保持持持持基基基基体体体体中中中中WCWC的的的的含含含含
61、量量量量，镀镀镀镀层层层层后后后后整整整整体体体体的的的的横横横横断断断断强强强强度度度度下下下下降降降降不多，在切削过程中不易发生硬质合金刀头的折断。不多，在切削过程中不易发生硬质合金刀头的折断。不多，在切削过程中不易发生硬质合金刀头的折断。不多，在切削过程中不易发生硬质合金刀头的折断。PCVDPCVD法法法法要要要要求求求求的的的的真真真真空空空空度度度度比比比比PVDPVD低低低低，设设设设备备备备成成成成本本本本也也也也比比比比PVDPVD 法法法法和和和和CVDCVD法的低。法的低。法的低。法的低。PCVDPCVD法法法法的的的的结结结结合合合合强强强强度度度度比比比比PVDPVD法
62、法法法好好好好，镀镀镀镀后后后后刀刀刀刀具具具具的的的的色色色色泽泽泽泽可可可可以以以以和和和和PVDPVD的的的的金金金金黄黄黄黄色色色色相相相相似似似似，因因因因此此此此在在在在一一一一定定定定程程程程度度度度上上上上取取取取代代代代了了了了PVDPVD法法法法和和和和CVDCVD法法法法，有着良好的发展前景。有着良好的发展前景。有着良好的发展前景。有着良好的发展前景。等离子作辅助化学气相沉积（等离子作辅助化学气相沉积（等离子作辅助化学气相沉积（等离子作辅助化学气相沉积（PCVDPCVDPCVDPCVD）激激光光化化学学气气相相沉沉积积是是新新出出现现的的技技术术，通通过过激激光光激激活活
63、而而使使常常规规CVDCVD技技术术得得到到强强化化，工工作作温温度度大大大大降降 低低 ， 在在 这这 个个 意意 义义 上上LCVDLCVD类类似似于于PCVDPCVD技技术术，然然而而这这两两种种技技术术之之间间有有一些重要差别。一些重要差别。激光辅助化学气相沉积（激光辅助化学气相沉积（LCVDLCVD）LCVDLCVD的的应应用用包包括括激激光光光光刻刻、大大规规模模集集成成电电路路掩掩膜膜的的修修正正、激激光光蒸蒸发发一一沉沉积以及金属化。积以及金属化。激光辅助化学气相沉积（激光辅助化学气相沉积（LCVDLCVD）第六节第六节PVD与与CVD工艺的对比工艺的对比l工艺温度高低是工艺温
64、度高低是CVD和和PVD之间的主要区别：之间的主要区别：温温度度对对于于高高速速钢钢镀镀膜膜具具有有重重大大意意义义。CVD法法的的工工艺艺温温度度超超过过了了高高速速钢钢的的回回火火温温度度，用用CVD法法镀镀制制的的高高速速钢钢工工件件，必必须须进进行行镀镀膜膜后后的的真真空空热热处处理理，以以恢恢复复硬硬度度。镀镀后后热热处处理理会会产产生生不不容许的变形。容许的变形。lCVD工艺对进入反应器工件的清洁要求比工艺对进入反应器工件的清洁要求比PVD工艺低工艺低一些。一些。lCVD镀层往往比各种镀层往往比各种PVD镀层略厚一些：镀层略厚一些：CVD镀层往往厚度在镀层往往厚度在7.5m左右，左
65、右，PVD镀层通常不到镀层通常不到2.5m厚。厚。lCVD镀层的表面略比基体的表面粗糙些，镀层的表面略比基体的表面粗糙些， 相相反反，PVD镀镀膜膜如如实实地地反反映映材材料料的的表表面面，不不用用研研磨磨就就具有很好的金属光泽，这在装饰镀膜方面十分重要。具有很好的金属光泽，这在装饰镀膜方面十分重要。lCVD与与PVD的工艺过程：的工艺过程：CVD发发生生在在低低真真空空的的气气态态环环境境中中，具具有有很很好好的的绕绕镀镀性性，所所以以密密封封在在反反应应器器中中的的所所有有工工件件，除除去去支支承承点点之之外外，全全部部表表面面都都能能完全镀好，甚至深孔、内壁也可镀上。完全镀好，甚至深孔、
66、内壁也可镀上。相相对对而而论论，所所有有的的PVD技技术术由由于于气气压压较较低低，绕绕镀镀性性较较差差，因因此此工工件件背背面面和和侧侧面面的的镀镀制制效效果果不不理理想想。PVD的的反反应应器器必必须须减减少少装装载载密密度度以以避避免免形形成成阴阴影影，而而且且装装卡卡、固固定定比比较较复复杂杂。在在PVD反反应应器器中中，通通常常工工件件要要不不停停地地转转动动，并并且且有有时时还还需需要要边边转边往复运动。转边往复运动。在在CVD工工艺艺过过程程中中，要要严严格格控控制制工工艺艺条条件件，否否则则，系系统统中中的的反反应应气气体体或或反反应应产产物物的的腐腐蚀蚀作作用用会会使使基基体
67、体脆脆化化，高高温会使温会使TIN镀层的晶粒粗大。镀层的晶粒粗大。l工艺成本比较：工艺成本比较：最最初初的的设设备备投投资资PVD是是CVD的的34倍倍，而而PVD工工艺艺的的生生产产周周期期是是CVD的的1/10。在在CVD的的一一个个操操作作循循环环中中，可可以以对对各各式式各各样样的的工工件件进进行行处处理理，而而PVD就就受受到到很很大大限限制制。在在两两种种工工艺艺都都可可用用的的范范围围内内，采用采用PVD要比要比CVD代价高。代价高。l运行安全运行安全:PVD是是一一种种完完全全没没有有污污染染的的工工序序，有有人人称称它它为为“绿绿色色工工程程”。而而CVD的的反反应应气气体体、反反应应尾尾气气都都可可能能具具有有一一定定的的腐腐蚀蚀性性、可可燃燃性性及及毒毒性性，反反应应尾尾气气中中还还可可能能有有粉粉末末状状以以及及碎碎片片状状的的物物质质，因因此此对对设设备备、环环境境、操操作作人人员员都都必必须须采采取取一一定定的的措措施施加加以防范。以防范。
