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| 離子真空鍍膜技術發(fā)展 |
| 發(fā)布時間：2014-10-30 瀏覽： 次 |
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材料科學是國家發(fā)展的三大支柱之一，薄膜材料更是我國前沿科學和高新技術產(chǎn)品的重要基石。制備薄膜材料的技術隨著高新技術的發(fā)展，應用范圍越來越寬闊。 最初制備薄膜技術有兩大類：膜層粒子來源于固態(tài)物質(zhì)源的真空蒸發(fā)鍍膜技術和來源于氣態(tài)物質(zhì)源的化學氣相沉積技術。 真空蒸發(fā)鍍主要應用于光學、半導體芯片的布線等領域;化學氣相沉積主要應用在硬質(zhì)合金刀頭上沉積氮化鈦硬質(zhì)涂層和半導體器件中的單晶硅、多晶硅薄膜、外延生長GaAs 半導體材料。 這兩類技術的特點都是利用熱源來加熱固態(tài)膜料和激勵氣態(tài)物質(zhì)源分解、化合。蒸發(fā)溫度和化學氣相沉積溫度在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：太陽能光熱轉換薄膜、光電轉換薄膜、超導薄膜、透明導電薄膜、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引入薄膜制備過程的離子鍍膜技術，把膜層粒子離子化，從而提高膜層粒子的整體能量。 這些技術包括蒸發(fā)型離子鍍、磁控濺射離子鍍和等離子體化學氣相沉積，統(tǒng)稱離子鍍膜技術。近些年來這一技術發(fā)展很快。 本文介紹了離子鍍膜技術的意義、各種鍍膜技術的原理、特點、發(fā)展和應用范圍。 1、在氣體放電引入鍍膜過程之前制備薄膜技術的特點 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)源制備薄膜的技術稱真空蒸發(fā)鍍膜技術;采用氣態(tài)物質(zhì)源制備薄膜的技術稱化學氣相沉積技術。 1.2、鍍膜過程的能量來源是熱能 真空蒸發(fā)鍍膜技術把固態(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。  圖1 真空蒸發(fā)鍍膜過程示意圖 熱化學氣相沉積技術直接向沉積室通入反應氣體，反應氣體在高溫下進行熱分解和熱化合，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) 圖2 熱化學氣相沉積裝置示意圖 1.3、薄膜材料應用范圍 真空蒸發(fā)鍍膜技術在制備光學膜、導電膜、包裝膜等方面已經(jīng)有了廣泛應用。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。 熱化學氣相沉積技術在沉積氮化鈦硬質(zhì)涂層和半導體薄膜等方面已經(jīng)取得了廣泛應用。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，在高溫下沉積半導體薄膜對膜層質(zhì)量也會有不利的影響。 5、結論 從D.M.Mattox 發(fā)明離子鍍膜技術以來的五十年中，離子鍍膜技術適應高端產(chǎn)品加工和高新技術發(fā)展的要求，得到了飛速發(fā)展。各種激勵氣體放電過程，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應用領域得到了廣泛的應用。對國防事業(yè)、宇航事業(yè)、高新技術產(chǎn)品和美化人民生活做出了突出貢獻。我們期待離子鍍膜技術繼往開來，在新的五十年中再放光彩。 推薦閱讀 |
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