離子鍍膜技術(shù)的進(jìn)展
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2014-11-17 閱讀
【康沃真空網(wǎng)】本文概括地介紹了五十年來離子鍍膜技術(shù)的發(fā)展概況，介紹了離子鍍膜技術(shù)的意義、原理、特點(diǎn)、發(fā)展和應(yīng)用范圍。從D.M.Mattox 發(fā)明離子鍍膜技術(shù)以來的五十年中，離子鍍膜技術(shù)適應(yīng)高端產(chǎn)品加工和高新技術(shù)發(fā)展的要求，得到了飛速發(fā)展。各種激勵(lì)氣體放電過程技術(shù)，提高等離子體密度的措施層出不窮，滿足各種需要的新的薄膜材料在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。對國防事業(yè)、宇航事業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)品和美化人民生活做出了突出貢獻(xiàn)。我們期待離子鍍膜技術(shù)繼往開來，在新的五十年中再放光彩。
材料科學(xué)是國家發(fā)展的三大支柱之一，薄膜材料更是我國前沿科學(xué)和高新技術(shù)產(chǎn)品的重要基石。制備薄膜材料的技術(shù)隨著高新技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越寬闊。z*初制備薄膜技術(shù)有兩大類：膜層粒子來源于固態(tài)物質(zhì)源的真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)和來源于氣態(tài)物質(zhì)源的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。真空蒸發(fā)鍍主要應(yīng)用于光學(xué)、半導(dǎo)體芯片的布線等領(lǐng)域；化學(xué)氣相沉積主要應(yīng)用在硬質(zhì)合金刀頭上沉積氮化鈦硬質(zhì)涂層和半導(dǎo)體器件中的單晶硅、多晶硅薄膜、外延生長GaAs 半導(dǎo)體材料。這兩類技術(shù)的特點(diǎn)都是利用熱源來加熱固態(tài)膜料和激勵(lì)氣態(tài)物質(zhì)源分解、化合。蒸發(fā)溫度和化學(xué)氣相沉積溫度在1000~2000 ℃范圍。制備薄膜的能量來源于熱源。
高新技術(shù)的發(fā)展要求各種具有特殊功能的薄膜。例如：太陽能光熱轉(zhuǎn)換薄膜、光電轉(zhuǎn)換薄膜、超導(dǎo)薄膜、透明導(dǎo)電薄膜、光磁存儲薄膜、光電存儲薄膜、鐵電存儲薄膜以及各種光敏、氣敏、味敏傳感薄膜等。只靠原有技術(shù)已經(jīng)無法制備出這些薄膜，所以發(fā)展出把各種氣體放電技術(shù)引入薄膜制備過程的離子鍍膜技術(shù)，把膜層粒子離子化，從而提高膜層粒子的整體能量。這些技術(shù)包括蒸發(fā)型離子鍍、磁控濺射離子鍍和等離子體化學(xué)氣相沉積，統(tǒng)稱離子鍍膜技術(shù)。近些年來這一技術(shù)發(fā)展很快。
本文介紹了離子鍍膜技術(shù)的意義、各種鍍膜技術(shù)的原理、特點(diǎn)、發(fā)展和應(yīng)用范圍。
1、在氣體放電引入鍍膜過程之前制備薄膜技術(shù)的特點(diǎn)
1.1、獲得固態(tài)薄膜的源物質(zhì)有固態(tài)物質(zhì)源和氣態(tài)物質(zhì)源
采用固態(tài)物質(zhì)源制備薄膜的技術(shù)稱真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)；采用氣態(tài)物質(zhì)源制備薄膜的技術(shù)稱化學(xué)氣相沉積技術(shù)。
1.2、鍍膜過程的能量來源是熱能
真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)把固態(tài)膜料加熱、蒸發(fā)成金屬蒸汽，從蒸發(fā)源蒸發(fā)出來的膜層原子在高真空度中飛向工件(基片)形成薄膜。固態(tài)膜料的蒸發(fā)溫度1000~2000 ℃。圖1 為真空蒸發(fā)鍍膜過程示意圖。
真空蒸發(fā)鍍膜過程示意圖
熱化學(xué)氣相沉積技術(shù)直接向沉積室通入反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體在高溫下進(jìn)行熱分解和熱化合，在工件上沉積獲得膜層。沉積氮化鈦溫度1000 ℃。圖2 為熱化學(xué)氣相沉積裝置示意圖。
1.氣源；2.氣閥；3.沉積室；4.尾氣處理系統(tǒng)
熱化學(xué)氣相沉積裝置示意圖
1.3、薄膜材料應(yīng)用范圍
真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在制備光學(xué)膜、導(dǎo)電膜、包裝膜等方面已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。但由于膜層粒子能量低，難于形成各種具有特殊性能的化合物膜層。
熱化學(xué)氣相沉積技術(shù)在沉積氮化鈦硬質(zhì)涂層和半導(dǎo)體薄膜等方面已經(jīng)取得了廣泛應(yīng)用。獲得化合物膜層的溫度太高，只能在硬質(zhì)合金刀具上沉積硬質(zhì)涂層。不能在應(yīng)用廣泛的高速鋼刀具上鍍氮化鈦等硬質(zhì)涂層，在高溫下沉積半導(dǎo)體薄膜對膜層質(zhì)量也會有不利的影響。
5、結(jié)論
從D.M.Mattox 發(fā)明離子鍍膜技術(shù)以來的五十年中，離子鍍膜技術(shù)適應(yīng)高端產(chǎn)品加工和高新技術(shù)發(fā)展的要求，得到了飛速發(fā)展。各種激勵(lì)氣體放電過程，提高等離子體密度的措施層出不窮。滿足各種需要的新的薄膜材料在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。對國防事業(yè)、宇航事業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)品和美化人民生活做出了突出貢獻(xiàn)。我們期待離子鍍膜技術(shù)繼往開來，在新的五十年中再放光彩。
材料科學(xué)是國家發(fā)展的三大支柱之一，薄膜材料更是我國前沿科學(xué)和高新技術(shù)產(chǎn)品的重要基石。制備薄膜材料的技術(shù)隨著高新技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越寬闊。z*初制備薄膜技術(shù)有兩大類：膜層粒子來源于固態(tài)物質(zhì)源的真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)和來源于氣態(tài)物質(zhì)源的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。真空蒸發(fā)鍍主要應(yīng)用于光學(xué)、半導(dǎo)體芯片的布線等領(lǐng)域；化學(xué)氣相沉積主要應(yīng)用在硬質(zhì)合金刀頭上沉積氮化鈦硬質(zhì)涂層和半導(dǎo)體器件中的單晶硅、多晶硅薄膜、外延生長GaAs 半導(dǎo)體材料。這兩類技術(shù)的特點(diǎn)都是利用熱源來加熱固態(tài)膜料和激勵(lì)氣態(tài)物質(zhì)源分解、化合。蒸發(fā)溫度和化學(xué)氣相沉積溫度在1000~2000 ℃范圍。制備薄膜的能量來源于熱源。
高新技術(shù)的發(fā)展要求各種具有特殊功能的薄膜。例如：太陽能光熱轉(zhuǎn)換薄膜、光電轉(zhuǎn)換薄膜、超導(dǎo)薄膜、透明導(dǎo)電薄膜、光磁存儲薄膜、光電存儲薄膜、鐵電存儲薄膜以及各種光敏、氣敏、味敏傳感薄膜等。只靠原有技術(shù)已經(jīng)無法制備出這些薄膜，所以發(fā)展出把各種氣體放電技術(shù)引入薄膜制備過程的離子鍍膜技術(shù)，把膜層粒子離子化，從而提高膜層粒子的整體能量。這些技術(shù)包括蒸發(fā)型離子鍍、磁控濺射離子鍍和等離子體化學(xué)氣相沉積，統(tǒng)稱離子鍍膜技術(shù)。近些年來這一技術(shù)發(fā)展很快。
本文介紹了離子鍍膜技術(shù)的意義、各種鍍膜技術(shù)的原理、特點(diǎn)、發(fā)展和應(yīng)用范圍。
1、在氣體放電引入鍍膜過程之前制備薄膜技術(shù)的特點(diǎn)
1.1、獲得固態(tài)薄膜的源物質(zhì)有固態(tài)物質(zhì)源和氣態(tài)物質(zhì)源
采用固態(tài)物質(zhì)源制備薄膜的技術(shù)稱真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)；采用氣態(tài)物質(zhì)源制備薄膜的技術(shù)稱化學(xué)氣相沉積技術(shù)。
1.2、鍍膜過程的能量來源是熱能
真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)把固態(tài)膜料加熱、蒸發(fā)成金屬蒸汽，從蒸發(fā)源蒸發(fā)出來的膜層原子在高真空度中飛向工件(基片)形成薄膜。固態(tài)膜料的蒸發(fā)溫度1000~2000 ℃。圖1 為真空蒸發(fā)鍍膜過程示意圖。
真空蒸發(fā)鍍膜過程示意圖
熱化學(xué)氣相沉積技術(shù)直接向沉積室通入反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體在高溫下進(jìn)行熱分解和熱化合，在工件上沉積獲得膜層。沉積氮化鈦溫度1000 ℃。圖2 為熱化學(xué)氣相沉積裝置示意圖。
1.氣源；2.氣閥；3.沉積室；4.尾氣處理系統(tǒng)
熱化學(xué)氣相沉積裝置示意圖
1.3、薄膜材料應(yīng)用范圍
真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在制備光學(xué)膜、導(dǎo)電膜、包裝膜等方面已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。但由于膜層粒子能量低，難于形成各種具有特殊性能的化合物膜層。
熱化學(xué)氣相沉積技術(shù)在沉積氮化鈦硬質(zhì)涂層和半導(dǎo)體薄膜等方面已經(jīng)取得了廣泛應(yīng)用。獲得化合物膜層的溫度太高，只能在硬質(zhì)合金刀具上沉積硬質(zhì)涂層。不能在應(yīng)用廣泛的高速鋼刀具上鍍氮化鈦等硬質(zhì)涂層，在高溫下沉積半導(dǎo)體薄膜對膜層質(zhì)量也會有不利的影響。
5、結(jié)論
從D.M.Mattox 發(fā)明離子鍍膜技術(shù)以來的五十年中，離子鍍膜技術(shù)適應(yīng)高端產(chǎn)品加工和高新技術(shù)發(fā)展的要求，得到了飛速發(fā)展。各種激勵(lì)氣體放電過程，提高等離子體密度的措施層出不窮。滿足各種需要的新的薄膜材料在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。對國防事業(yè)、宇航事業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)品和美化人民生活做出了突出貢獻(xiàn)。我們期待離子鍍膜技術(shù)繼往開來，在新的五十年中再放光彩。
