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1、第八章第八章气相堆积技术气相堆积技术气相堆气相堆积技技术:开展迅速，运用广泛开展迅速，运用广泛外表成膜技外表成膜技术application制制备各种特殊力学性能各种特殊力学性能的薄膜涂的薄膜涂层，如超硬、高耐如超硬、高耐蚀、耐、耐热和抗氧化等。和抗氧化等。制制备各种功能薄膜各种功能薄膜资料和装料和装饰薄膜涂薄膜涂层等。等。超硬薄膜涂层等。超硬薄膜涂层等。since1970s薄膜技薄膜技术和薄膜和薄膜资料料开展突开展突飞猛猛进成果累累成果累累当代真空技当代真空技术和和资料科学中最活料科学中最活泼的研的研讨领域域微电子工业乃至信息工业的根底工艺微电子工业乃至信息工业的根底工艺:气相堆积技术气相堆积
2、技术+微细加工技术微细加工技术光刻腐蚀、离子刻蚀、反响离子刻蚀、离子注入和光刻腐蚀、离子刻蚀、反响离子刻蚀、离子注入和离子束混合改性等在内的微细加工技术领域离子束混合改性等在内的微细加工技术领域可堆可堆积的物的物质：金属膜、合金膜，化合物、非金属、半金属膜、合金膜，化合物、非金属、半导体、体、陶瓷、塑料膜等。陶瓷、塑料膜等。堆堆积薄膜物薄膜物质无限制无限制基体无限制基体无限制application1.大量用于电子器件和大规模集成电路制造大量用于电子器件和大规模集成电路制造2.制取磁性膜及磁记录介质、绝缘膜、电介质膜、制取磁性膜及磁记录介质、绝缘膜、电介质膜、压电膜、光学膜、光导膜、超导膜、传感
3、器膜和压电膜、光学膜、光导膜、超导膜、传感器膜和耐磨、耐蚀、自光滑膜、装饰膜以及各种特殊需耐磨、耐蚀、自光滑膜、装饰膜以及各种特殊需要的功能膜等要的功能膜等在促进电子电路小型化、功能高度集成化方面发在促进电子电路小型化、功能高度集成化方面发挥着关键的作用。挥着关键的作用。薄膜技薄膜技术：1.薄膜薄膜资料与制料与制备技技术2.薄膜堆薄膜堆积过程程监测控制技控制技术3.薄膜薄膜检测技技术与薄膜运用技与薄膜运用技术薄膜薄膜产业门类齐全。全。8.1物理气相堆积物理气相堆积PVD物理气相堆积物理气相堆积PhysicalVaporDeposition，简称，简称PVD法，法，是利用热蒸发、辉光放电或弧光放
4、电等物理过程，是利用热蒸发、辉光放电或弧光放电等物理过程，在基材外表堆积所需涂层的技术。在基材外表堆积所需涂层的技术。包括包括:真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜溅射镀膜溅射镀膜离子镀膜离子镀膜物理气相堆积物理气相堆积PVD设备设备与其他与其他镀膜或外表膜或外表处置方法相比，物理气相堆置方法相比，物理气相堆积具有以下特点：具有以下特点：1镀层资料广泛，可料广泛，可镀各种金属、合金、氧化各种金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物等化合物物、氮化物、碳化物等化合物镀层，也能，也能镀制金属、制金属、化合物的多化合物的多层或复合或复合层；2镀层附着力附着力强；工；工艺温度低，工件普通无受温度低，工件普通无受热变形或
5、形或资料料蜕变等等问题，如用离子，如用离子镀得到得到TiN等硬等硬质镀层，其工件温度可，其工件温度可坚持在持在550以下，以下，这比化学比化学气相堆气相堆积法制法制备同同样的的镀层所需的所需的1000要低得要低得多；多；镀层纯度高、度高、组织致密；工致密；工艺过程主要由程主要由电参数参数控制，易于控制、控制，易于控制、调理；理；对环境无境无污染。染。虽然存在设备较复杂、一次投资较大等缺陷，虽然存在设备较复杂、一次投资较大等缺陷，但由于以上特点，但由于以上特点，物理气相堆积技术具有宽广的开展前景。物理气相堆积技术具有宽广的开展前景。8.1.1物理气相堆积的根本过程物理气相堆积的根本过程1气相物质
6、的产生气相物质的产生一类方法是使镀料加热蒸发，称为蒸发镀膜；另一类方法是使镀料加热蒸发，称为蒸发镀膜；另一类是器具有一定能量的离子轰击靶材镀料，一类是器具有一定能量的离子轰击靶材镀料，从靶材上击出镀料原子，称为溅射镀膜。从靶材上击出镀料原子，称为溅射镀膜。2气相物质的保送气相物质的保送气相物质的保送要求在真空中进展，这主要是为气相物质的保送要求在真空中进展，这主要是为了防止气体碰撞妨碍气相镀料到达基片。了防止气体碰撞妨碍气相镀料到达基片。3气相物质的堆积气相物质的堆积气相物质在基片上堆积是一个凝聚过程。气相物质在基片上堆积是一个凝聚过程。根据凝聚条件的不同，可以构成非晶态膜、根据凝聚条件的不同
7、，可以构成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。多晶膜或单晶膜。蒸镀和溅射是物理气相堆积的两类根本镀膜技术。蒸镀和溅射是物理气相堆积的两类根本镀膜技术。以此为根底，又衍生出反响镀和离子镀。其中反以此为根底，又衍生出反响镀和离子镀。其中反应镀在工艺和设备上变化不大，可以以为是蒸镀应镀在工艺和设备上变化不大，可以以为是蒸镀和溅射的一种运用；而离子镀在技术上变化较大，和溅射的一种运用；而离子镀在技术上变化较大，所以通常将其与蒸镀和溅射并列为另一类镀膜技术。所以通常将其与蒸镀和溅射并列为另一类镀膜技术。反响镀反响镀镀料原子在堆积时，可与其它活性气体镀料原子在堆积时，可与其它活性气体分子发生化学反响而构成化合物膜，
8、称为反响镀。分子发生化学反响而构成化合物膜，称为反响镀。离子镀离子镀在镀料原子凝聚成膜的过程中，还可以同时用在镀料原子凝聚成膜的过程中，还可以同时用具有一定能量的离子轰击膜层，目的是改动膜具有一定能量的离子轰击膜层，目的是改动膜层的构造和性能，这种镀膜技术称为离子镀。层的构造和性能，这种镀膜技术称为离子镀。8.1.2蒸发镀膜蒸发镀膜蒸发镀是蒸发镀是PVD方法中最早用于工业消费的一种，方法中最早用于工业消费的一种，该方法工艺成熟，设备较完善，低熔点金属蒸发该方法工艺成熟，设备较完善，低熔点金属蒸发效果高，可用于制备介质膜、电阻、电容等，也效果高，可用于制备介质膜、电阻、电容等，也可以在塑料薄膜和
9、纸张上延续蒸镀铝膜。可以在塑料薄膜和纸张上延续蒸镀铝膜。定义：在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀定义：在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体外表的方法称为料转化为气相，然后凝聚在基体外表的方法称为蒸发镀膜，简称蒸镀。蒸发镀膜，简称蒸镀。一、蒸发原理一、蒸发原理在高真空中用加热蒸发的方法使镀料转化为在高真空中用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体外表的方法称蒸发镀膜气相，然后凝聚在基体外表的方法称蒸发镀膜简称蒸镀。简称蒸镀。蒸发镀膜过程是由镀材物质蒸发、蒸发资料粒子的蒸发镀膜过程是由镀材物质蒸发、蒸发资料粒子的迁移和蒸发资料粒子在基板外表堆积三个过程组成。迁移和
10、蒸发资料粒子在基板外表堆积三个过程组成。蒸发镀膜是物理气相堆积的一种，与溅射镀膜和离蒸发镀膜是物理气相堆积的一种，与溅射镀膜和离子镀膜相比有如下优缺陷：子镀膜相比有如下优缺陷：设备简单可靠、工艺容易掌握、可进展大规模消费，设备简单可靠、工艺容易掌握、可进展大规模消费，镀膜的构成机理比较简单，多数物质均可采用真空镀膜的构成机理比较简单，多数物质均可采用真空蒸发镀膜；蒸发镀膜；但镀层与基片的结合力差，高熔点物质和低蒸气但镀层与基片的结合力差，高熔点物质和低蒸气压物质的镀膜很难制造，如铂、铝等金属，蒸发压物质的镀膜很难制造，如铂、铝等金属，蒸发物质所用坩埚资料也会蒸发，混入镀膜之中成为物质所用坩埚资
11、料也会蒸发，混入镀膜之中成为杂质。杂质。二、蒸发方法二、蒸发方法蒸发源：加热待蒸发资料并使之挥发的器具称为蒸发源：加热待蒸发资料并使之挥发的器具称为蒸发源，也称加热器。蒸发源，也称加热器。蒸镀方法主要有以下几种：蒸镀方法主要有以下几种：1.电阻加热法：让大电流经过蒸发源，加热待镀材电阻加热法：让大电流经过蒸发源，加热待镀材料，使其蒸发的简单易行的方法。料，使其蒸发的简单易行的方法。对蒸发源资料的根本要求是：高熔点，低蒸气对蒸发源资料的根本要求是：高熔点，低蒸气压，在蒸发温度下不会与膜料发生化学反响或压，在蒸发温度下不会与膜料发生化学反响或互溶，具有一定的机械强度，且高温冷却后脆互溶，具有一定的
12、机械强度，且高温冷却后脆性小等性质。常用钨、钼、钽等高熔点金属资料。性小等性质。常用钨、钼、钽等高熔点金属资料。按照蒸发资料的不同，可制成丝状、带状和板状等。按照蒸发资料的不同，可制成丝状、带状和板状等。电阻加热蒸发源电阻加热蒸发源2.电子束加热：即用高能电子束直接轰击蒸发电子束加热：即用高能电子束直接轰击蒸发物质的外表，使其蒸发。物质的外表，使其蒸发。由于是直接在蒸发物质中加热，防止了蒸发由于是直接在蒸发物质中加热，防止了蒸发物质与容器的反响和蒸发源资料的蒸发，故可物质与容器的反响和蒸发源资料的蒸发，故可制备高纯度的膜层。普通用于电子原件和半导制备高纯度的膜层。普通用于电子原件和半导体用的铝
13、和铝合金，此外，用电子束加热也可体用的铝和铝合金，此外，用电子束加热也可以使高熔点金属如以使高熔点金属如W，Mo，Ta等熔化、蒸等熔化、蒸发。发。高频感应加热高频感应加热蒸发源蒸发源3.高频感应加热：在高频感应线圈中放入氧化铝和石墨坩埚，蒸镀的资料高频感应加热：在高频感应线圈中放入氧化铝和石墨坩埚，蒸镀的资料置于坩锅中，经过高频交流电使资料感应加热而蒸发。置于坩锅中，经过高频交流电使资料感应加热而蒸发。此法主要用于铝的大量蒸发，得到的膜层纯真而且不受带电粒子的损害。此法主要用于铝的大量蒸发，得到的膜层纯真而且不受带电粒子的损害。8.1.3溅射镀膜溅射镀膜在真空室中，利用荷能粒子轰击资料外表，使
14、在真空室中，利用荷能粒子轰击资料外表，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件外表堆积的过程。工件外表堆积的过程。在溅射镀膜中，被轰击的资料称为靶。在溅射镀膜中，被轰击的资料称为靶。由于离子易于在电磁场中加速或偏转，所以荷能粒由于离子易于在电磁场中加速或偏转，所以荷能粒子普通为离子，这种溅射称为离子溅射。用离子束子普通为离子，这种溅射称为离子溅射。用离子束轰击靶而发生的溅射，那么称为离子束溅射。轰击靶而发生的溅射，那么称为离子束溅射。一、一、溅射射镀膜方法膜方法1直流二极直流二极溅射射二极二极溅射是最早采用的一种射是最早采用的一种溅射方法。射方
15、法。以以镀膜膜资料料为阴极，而被阴极，而被镀膜膜资料料为阳极。阴极阳极。阴极上接上接13kV的直流的直流负高高压，阳极通常接地。任，阳极通常接地。任务时先抽真空，再通先抽真空，再通氩气，使真空室内到达气，使真空室内到达溅射气射气压。接通电源，阴极靶上的负高压在两极间产生辉光接通电源，阴极靶上的负高压在两极间产生辉光放电并建立起一个等离子区，其中带正电的氩离子放电并建立起一个等离子区，其中带正电的氩离子在阴极附近的阴极电位降作用下，加速轰击阴极在阴极附近的阴极电位降作用下，加速轰击阴极靶、使靶物质外表溅射，并以分子或原子形状堆积靶、使靶物质外表溅射，并以分子或原子形状堆积在基片外表，构成靶资料的
16、薄膜。在基片外表，构成靶资料的薄膜。靶材靶材基材基材阳极阳极阴极阴极辉光放电产生离子辉光放电产生离子溅射气体溅射气体Ar直流二极溅射直流二极溅射这种安装的最大种安装的最大优点是构造点是构造简单，控制方便。，控制方便。缺陷有：缺陷有：因任因任务压力力较高高,膜膜层有沾有沾污；堆；堆积速率低，速率低，不能不能镀10m以上的膜厚；由于大量二次以上的膜厚；由于大量二次电子子直接直接轰击基片使基片温升基片使基片温升过高。高。2三极三极溅射射三极三极溅射是在二极射是在二极溅射射的安装上附加一个的安装上附加一个电极极热阴极，阴极，发射射热电子，子，热电子在子在电场吸引下穿吸引下穿过靶与基极靶与基极间的等离子
17、体区，使的等离子体区，使热电子子强化放化放电，它，它既能使既能使溅射速率有所射速率有所提高，又能使提高，又能使溅射工射工况的控制更况的控制更为方便。方便。这样，溅射速率提高，射速率提高，由于堆由于堆积真空度提高，真空度提高，镀层质量得到改善。量得到改善。3磁控溅射磁控溅射磁控溅射是磁控溅射是70年代迅速开展起来的新型溅射技术。年代迅速开展起来的新型溅射技术。其特点是在阴极靶面上建立一个环状磁靶，其特点是在阴极靶面上建立一个环状磁靶，以控制二次电子的运动，离子轰击靶面所产生以控制二次电子的运动，离子轰击靶面所产生的二次电子在电磁场作用下，被紧缩在近靶面的二次电子在电磁场作用下，被紧缩在近靶面作盘
18、旋运动，延伸了到达阳极的路程，大大提作盘旋运动，延伸了到达阳极的路程，大大提高了与气体原子的碰撞概率，因此提高溅射率。高了与气体原子的碰撞概率，因此提高溅射率。磁控溅射目前已在工业消费中实践运用。这是由于磁控溅射磁控溅射目前已在工业消费中实践运用。这是由于磁控溅射的镀膜速率与二极溅射相比提高了一个数量级。具有堆积速的镀膜速率与二极溅射相比提高了一个数量级。具有堆积速率、基片的温升低、对膜层的损伤小等优点。率、基片的温升低、对膜层的损伤小等优点。1974年年Chapin发明了适用于工业运用的平面磁控溅射发明了适用于工业运用的平面磁控溅射靶，对进入消费领域起了推进作用。靶，对进入消费领域起了推进作
19、用。4反响溅射反响溅射在阴极溅射中，真空槽中需求充入气体作为媒在阴极溅射中，真空槽中需求充入气体作为媒介，使辉光放电得以启动和维持。介，使辉光放电得以启动和维持。最常用的气体是氩气。假设在通入的气体中掺入最常用的气体是氩气。假设在通入的气体中掺入易与靶材发生反响的气体如易与靶材发生反响的气体如O2，N2等，因此等，因此能堆积制得靶材的化合物膜如靶材氧化物，氮化能堆积制得靶材的化合物膜如靶材氧化物，氮化物等化合物薄膜。物等化合物薄膜。其其实践安装，除践安装，除为了混合气体需了混合气体需设置两个气体引置两个气体引入口以及将基片加入口以及将基片加热到到500以外，与两极以外，与两极溅射和射和射射频溅
20、射无多大差射无多大差别。溅射是物理气相堆射是物理气相堆积技技术中最容易控制合金成分中最容易控制合金成分的方法。的方法。二、二、溅射射镀膜的特点膜的特点与真空蒸与真空蒸镀法相比，有如下特点：法相比，有如下特点：结合力高；合力高；容易得到高熔点物容易得到高熔点物质的膜；的膜；可以在可以在较大面大面积上得到均一的薄膜；上得到均一的薄膜；容易控制膜的容易控制膜的组成；成；可以可以长时间地延地延续运运转；有良好的再有良好的再现性；性；几乎可制造一切物几乎可制造一切物质的薄膜。的薄膜。三、溅射的用途三、溅射的用途溅射薄膜按其不同的功能和运用可大致分为机械溅射薄膜按其不同的功能和运用可大致分为机械功能膜和物
21、理功能膜两大类。功能膜和物理功能膜两大类。前者包括耐摩、减摩、耐热、抗蚀等外表强化薄膜前者包括耐摩、减摩、耐热、抗蚀等外表强化薄膜资料、固体光滑薄膜资料；资料、固体光滑薄膜资料；后者包括电、磁、声、光等功能薄膜资料等。后者包括电、磁、声、光等功能薄膜资料等。采用采用Cr，Cr-CrN等合金等合金靶或镶嵌靶，在靶或镶嵌靶，在N2,CH4等气氛中进展反响溅射镀等气氛中进展反响溅射镀膜，可以在各种工件膜，可以在各种工件上镀上镀Cr,CrC,CrN等镀层。等镀层。纯纯Cr的显微硬度为的显微硬度为425840HV，CrN为为1000350OHV，不仅硬，不仅硬度高且摩擦系数小，可度高且摩擦系数小，可替代
22、水溶液电镀铬。替代水溶液电镀铬。电镀会使钢发生氢脆、速率电镀会使钢发生氢脆、速率慢，而且会产生环境污慢，而且会产生环境污染问题。染问题。用用TiN，TiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等外表，摩等超硬镀层涂覆刀具、模具等外表，摩擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、模磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、模具等的任务特性，又可以提高运用寿命，普通可使具等的任务特性，又可以提高运用寿命，普通可使刀具寿命提高刀具寿命提高310倍。倍。TiN，TiC，Al2O3等膜层化学性能稳定，在许多等膜层化学性能稳定，在许多介
23、质中具有良好的耐蚀性，可作基体资料维护膜。介质中具有良好的耐蚀性，可作基体资料维护膜。8.1.4离子离子镀膜膜一、离子一、离子镀的原理的原理离子离子镀是在真空条件下，借助于一种惰性气体的是在真空条件下，借助于一种惰性气体的辉光放光放电使气体或被蒸使气体或被蒸发物物质部分离化，气体或被部分离化，气体或被蒸蒸发物物质离子离子经电场加速后加速后对带负电荷的基体荷的基体轰击的同的同时把蒸把蒸发物或其反响物堆物或其反响物堆积在基体上。在基体上。离子离子镀的技的技术根底是真空蒸根底是真空蒸镀，其，其过程包括程包括镀膜膜资料的受料的受热，蒸，蒸发，离子化和，离子化和电场加速堆加速堆积的的过程。程。二、离子二
24、、离子镀的特点的特点1离子离子镀可在可在较低温度下低温度下进展。展。化学气相堆化学气相堆积普通均需在普通均需在900以上以上进展，所以展，所以处理后要思索晶粒理后要思索晶粒细化和化和变形形问题，而离子，而离子镀可在可在900下下进展，可作展，可作为废品件的最品件的最终处置工序。置工序。2膜膜层的附着力的附着力强。如在不如在不锈钢上上镀制制2050厚的厚的银膜，可到达膜，可到达300N/mm2粘附粘附强度。度。主要主要缘由：由：离子离子轰击时基片基片产生生溅射，使外表射，使外表杂质层清清除、吸附除、吸附层解吸，使基片外表清解吸，使基片外表清洁，提高了膜，提高了膜层附附着力；着力；溅射使膜离子向基
25、片注入和分散，膜晶格中射使膜离子向基片注入和分散，膜晶格中结合不牢的原子将被再合不牢的原子将被再溅射，只需射，只需结合合结实的粒子形的粒子形成膜；成膜；轰击离子的动能转变为热能，对蒸镀外表产生轰击离子的动能转变为热能，对蒸镀外表产生了自动加热效应，提高表层组织的结晶性能，促进了自动加热效应，提高表层组织的结晶性能，促进了化学反响，而离子轰击产生的晶体缺陷与自加热了化学反响，而离子轰击产生的晶体缺陷与自加热效应的共同作用，加强了分散作用；效应的共同作用，加强了分散作用；飞散在空间的基片原子有一部分再前往基片表飞散在空间的基片原子有一部分再前往基片表面与蒸发资料原子混合和离子注入基片外表，促进面与
26、蒸发资料原子混合和离子注入基片外表，促进了混合界面层的构成。了混合界面层的构成。3绕镀才干才干强。首先，蒸首先，蒸发物物质由于在等离子区被由于在等离子区被电离离为正离子，正离子，这些正离子随些正离子随电场的的电力力线运运动而而终止在止在带负电的的基片的一切外表，因此在基片的正面、反面甚至基基片的一切外表，因此在基片的正面、反面甚至基片的内孔、凹槽、狭片的内孔、凹槽、狭缝等都能堆等都能堆积上薄膜。上薄膜。其次是由于气体的散射效其次是由于气体的散射效应，特，特别是在工件是在工件压强较高高时，堆，堆积资料的蒸气离子和蒸气分子在它到达基料的蒸气离子和蒸气分子在它到达基片的途径上将与剩余气体片的途径上将
27、与剩余气体发生多次碰撞，使堆生多次碰撞，使堆积材材料散射到基片周料散射到基片周围，因此基片一切外表均能被，因此基片一切外表均能被镀覆。覆。4堆堆积速度快，速度快，镀层质量好。量好。离子离子镀获得的膜得的膜层，组织致密，气孔、气泡少。而致密，气孔、气泡少。而且且镀前前对工件清洗，工件清洗，处置置较简单，成膜速度快，可，成膜速度快，可达达150m/min，而而溅射只需射只需0.011m/min。离子离子镀可可镀制厚达制厚达30m的膜的膜层，是制，是制备厚膜的厚膜的重要手段。重要手段。5工件工件资料和料和镀膜膜资料料选择性广。性广。工件工件资料除金属以外，陶瓷、玻璃、塑料均可以，料除金属以外，陶瓷、
28、玻璃、塑料均可以，镀膜膜资料可以是金属和合金，也可以是碳化物、氧料可以是金属和合金，也可以是碳化物、氧化物和玻璃等，并可化物和玻璃等，并可进展多元素多展多元素多层镀覆。覆。 三、离子三、离子镀的的类型型 离子离子镀设备要在真空、气体放要在真空、气体放电的条件下完成的条件下完成镀 膜和离子膜和离子轰击过程。因此，离子程。因此，离子镀设备要由真空室、要由真空室、蒸蒸发源、高源、高压电源、离化安装、放置工件的阴极源、离化安装、放置工件的阴极等部分等部分组成。成。 1空心阴极离子空心阴极离子镀HCD HCD法是利用空心法是利用空心热阴极放阴极放电产生等离子体。空心生等离子体。空心钽管作管作为阴极，阴极
29、，氩气气经过钽管流入真空室，管流入真空室，辅助阳极距阴极助阳极距阴极较近，二者作近，二者作为引燃弧光放引燃弧光放电的两的两极。阳极是极。阳极是镀料。弧光放料。弧光放电时，电子子轰击阳极阳极镀料，使其熔化而料，使其熔化而实现蒸蒸镀。蒸。蒸镀时基片加上基片加上负偏偏压即可从等离子体中吸引即可从等离子体中吸引氩离子向基片离子向基片轰击，实现离子离子镀。阴极阴极阳极阳极 空心阴极离子空心阴极离子镀有有显著著优点，可点，可镀资料广料广泛，既可以泛，既可以镀单质膜，也可以膜，也可以镀化合物膜。目化合物膜。目前广泛用于前广泛用于镀制高速制高速钢刀具刀具TiN超硬膜。超硬膜。 2 2活性反响离子活性反响离子镀
30、 在离子在离子镀的的过程中，假程中，假设在真空室中在真空室中导入与金属入与金属蒸蒸气起反响的气体，比如气起反响的气体，比如O2O2、N2N2、C2H2C2H2、CH4CH4等替代等替代ArAr或或掺在在ArAr之中，并用各种不同的放之中，并用各种不同的放电方式，使金方式，使金属蒸气和反响气体的分子、原子激活、离化，促属蒸气和反响气体的分子、原子激活、离化，促进其其间的化学反响，在工件外表就可以的化学反响，在工件外表就可以获得化合物得化合物镀层。这种方法称种方法称为活性反离子活性反离子镀法。法。 2 2活性反响离子活性反响离子镀 ARE ARE活性蒸活性蒸镀有如下特点：有如下特点： 1 1工工艺
31、温度低温度低 因因电离而添加了反响物离而添加了反响物的的活性，在活性，在较低温度下就能低温度下就能获得硬度高、附着性得硬度高、附着性良好的良好的镀层。CVD的工的工艺温度高达温度高达1000，而，而ARE法的法的工工艺温度可在温度可在500以下。以下。 2可得到多种化合物可得到多种化合物 经过导入各种反响入各种反响气体，就可以得到各种化合物。几乎一切气体，就可以得到各种化合物。几乎一切过渡渡族元素均能构成氮化物、碳化物。族元素均能构成氮化物、碳化物。3可在任何基体上涂覆可在任何基体上涂覆 由于运用了大功由于运用了大功率、高功率密度的率、高功率密度的电子束蒸子束蒸发源，因此几乎可源，因此几乎可以
32、蒸以蒸镀一切的金属和化合物，也可在非金属材一切的金属和化合物，也可在非金属材料如陶瓷、玻璃上料如陶瓷、玻璃上镀膜。膜。4镀层生生长速度快速度快 成膜速度可达成膜速度可达4.5mm/h。经过改改动蒸蒸发源功率及改源功率及改动蒸蒸发源源与工件之与工件之间的的间隔，都可以隔，都可以对镀层生成速度生成速度进行控制。行控制。 3 3多弧离子多弧离子镀 多弧放多弧放电蒸蒸发源源是在是在7070年代由前年代由前苏联开展起来的。美开展起来的。美国在国在19801980年从年从苏联引引进这种技种技术，至，至今欧美一些公司都今欧美一些公司都在大力开展多弧离在大力开展多弧离子子镀技技术。近十几。近十几年来国内引年来
33、国内引进多台多台镀制制TiNTiN超硬膜超硬膜的的设备，其中大多，其中大多数是多弧离子数是多弧离子镀装装置。置。多弧离子多弧离子镀是采用是采用电弧放弧放电的方法，在固体的阴极靶材上直接蒸的方法，在固体的阴极靶材上直接蒸发金属，金属，这种装种装置不需求熔池。置不需求熔池。电弧的引燃是依托引弧阳极与阴极的触弧的引燃是依托引弧阳极与阴极的触发，弧光放，弧光放电仅仅在靶材在靶材外表的一个或几个密集的弧斑外表的一个或几个密集的弧斑处进展。展。弧斑的直径在弧斑的直径在100100以下。弧斑的以下。弧斑的电流密度流密度为 105 105107A/cm2107A/cm2，温度高达，温度高达8000800040
34、000K40000K。 阴极阴极基片基片反响气反响气多弧离子多弧离子镀的特点是从阴极直接的特点是从阴极直接产生等离子体，不生等离子体，不用熔池，阴极靶可根据工件外形在恣意方向布置，用熔池，阴极靶可根据工件外形在恣意方向布置，使使夹具大具大为简化。入射粒子能量高，膜的致密度化。入射粒子能量高，膜的致密度高，高，强度好，膜基界面度好，膜基界面产生原子分散，生原子分散，结合合强度度高，离化率高，普通可达高，离化率高，普通可达60%80%。从运用角度。从运用角度讲，多弧离子，多弧离子镀的突出的突出优点是蒸点是蒸镀速率快，速率快，TiN膜可膜可达达101000nm/s。多弧离子多弧离子镀的运用面广，适用
35、性的运用面广，适用性强，特，特别在高速在高速钢刀具和不刀具和不锈钢板外表上板外表上镀覆覆TiNTiN膜膜层等方面得到了迅等方面得到了迅速开展。速开展。 工程工程真空蒸镀真空蒸镀阴极溅射阴极溅射离子镀离子镀粒子能量粒子能量0.1-1ev0.1-1ev1-10ev1-10ev数百数百- -数千数千evev堆积速度堆积速度m/minm/min0.1-750.1-750.01-0.50.01-0.50.1-500.1-50附着性附着性普通普通相当好相当好非常好非常好绕射性绕射性不好不好好好好好物理气相堆积三种方法的比较物理气相堆积三种方法的比较物理气相堆积三种方法的比较物理气相堆积三种方法的比较制备热障涂层制备热障涂层热障涂层是为满足航空发动机开展而开展起来的。它热障涂层是为满足航空发动机开展而开展起来的。它经过将陶瓷堆积在部件外表，提高其高温腐蚀才干。经过将陶瓷堆积在部件外表，提高其高温腐蚀才干。等离子喷涂构成等轴晶，等离子喷涂构成等轴晶，EB-PVD产生柱状晶构造。产生柱状晶构造。制备热障涂层制备热障涂层等离子喷涂构成等轴晶，等离子喷涂构成等轴晶，EB-PVD产生柱状晶构造。产生柱状晶构造。
