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真空鍍膜的現狀及發(fā)展
日期:2024-08-22 09:50
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摘要:
薄膜是一種物質(zhì)形態(tài),它所使用的膜材料,可以是單質(zhì)元素或化合物,也可以是無(wú)機材料或有機材料。薄膜與塊狀物質(zhì)一樣,可以是單晶態(tài)的,多晶態(tài)的或非晶態(tài)的。近年來(lái)功能材料薄膜和復合薄膜也有很大發(fā)展。鍍膜及薄膜產(chǎn)品在工業(yè)上的應用,尤其是在電子材料與元器件工業(yè)中占有及其重要的地位。
鍍膜方法可以分為氣相生成法,氧化法,離子注入法,擴散法,電鍍法,涂布法,液相生長(cháng)法等。氣相生成法又可分為物**相沉積法,化學(xué)氣相沉積法和放電聚合法等。
真空泵維修 ,蒸發(fā),濺射鍍膜和離子鍍等通常稱(chēng)為物**相沉積法,是基本的薄膜制備。它們都要求淀積薄膜的空間要有一定的真空度。所以,真空是薄膜制作的基礎,獲得并保持所需的真空環(huán)境,是鍍膜的必要條件。
真空系統的種類(lèi)繁多。在實(shí)際工作中,必須根據自己的工作重點(diǎn)進(jìn)行選擇。典型的真空系統包括:獲得真空的設備(真空泵),待抽空的容器(真空室),測量真空的器具(真空計)以及必要的管道,閥門(mén)和其它附屬設備。
1 真空蒸發(fā)鍍膜法
真空蒸發(fā)鍍膜法是在真空室中,加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料,使其原子或分子從表面氣化逸出,形成蒸汽流,入射到固體(稱(chēng)為襯底或基片)表面,凝結形成固態(tài)薄膜的方法。真空蒸發(fā)鍍膜又可以分為下列幾種:
1.1 電阻蒸發(fā)源蒸鍍法
采用鉭,鉬,鎢等高熔點(diǎn)金屬,做成適當形狀的蒸發(fā)源,其上裝入待蒸發(fā)材料,讓氣流通過(guò),對蒸發(fā)材料進(jìn)行直接加熱蒸發(fā),或者把待蒸發(fā)材料放入氧化鋁,氧化鈹等坩鍋中進(jìn)行間接加熱蒸發(fā),這就是電阻加熱蒸發(fā)法。
利用電阻加熱器加熱蒸發(fā)的鍍膜機結構簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜,使用,可用于熔點(diǎn)不太高的材料的蒸發(fā)鍍膜,尤其適用于對鍍膜質(zhì)量要求不太高的大批量的生產(chǎn)中,迄今為止,在鍍鋁制鏡的生產(chǎn)中仍然大量使用著(zhù)電阻加熱蒸發(fā)的工藝。
電阻加熱方式的缺點(diǎn)是:加熱所能達到的高溫度有限,加熱器的壽命液較短。近年來(lái),為了提高加熱器的壽命,已采用壽命較長(cháng)的氮化硼合成的導電陶瓷材料作為加熱器。據報道,可采用20%~30%的氮化硼和能與其相熔的耐火材料所組成的材料來(lái)制作坩鍋,并在表面涂上一層含62%~82%的鋯,其余為鋯硅合金材料。
1.2 電子束蒸發(fā)源蒸鍍法
將蒸發(fā)材料放入水冷鋼坩鍋中,直接利用電子束加熱,使蒸發(fā)材料氣化蒸發(fā)后凝結在基板表面成膜,是真空蒸發(fā)鍍膜中的一種重要的加熱方法和發(fā)展方向。電子束蒸發(fā)克服了一般電阻加熱蒸發(fā)的許多缺點(diǎn),適合制作熔點(diǎn)薄膜材料和高純薄膜材料。
依靠電子束轟擊蒸發(fā)的真空蒸鍍,根據電子束蒸發(fā)源的形式不同,又可分為環(huán)形槍?zhuān)睒專(zhuān)琫型槍和空心陰極電子槍等幾種。
環(huán)形槍是由環(huán)形的陰極來(lái)發(fā)射電子束,經(jīng)聚焦和偏轉后打在坩鍋內使金屬材料蒸發(fā)。它的結構較簡(jiǎn)單,但是功率和效率都不高,基本上只是一種實(shí)驗室用的設備,目前在生產(chǎn)型的裝置中已經(jīng)不再使用。
直槍是一種軸對稱(chēng)的直線(xiàn)加速槍?zhuān)娮訌臒艚z陰極發(fā)射,聚成細束,經(jīng)陽(yáng)極加速后打在坩鍋中使鍍膜材料融化和蒸發(fā)。直槍的功率從幾百瓦至幾百千瓦的都有,有的可用于真空蒸發(fā),有的可用于真空冶煉。直槍的缺點(diǎn)是蒸鍍的材料會(huì )污染槍體結構,給運行的穩定性帶來(lái)困難,同時(shí)發(fā)射燈絲上逸出的鈉離子等也會(huì )引起膜層的污染,近由西德公司研究,在電子束的處設置偏轉磁場(chǎng),并在燈絲部位制成一套獨立的抽氣系統而做成直槍的改進(jìn)形式,不但徹底干便了燈絲對膜的污染,而且還有利于提高槍的壽命。
e型電子槍?zhuān)?70攝氏度偏轉的電子槍克服了直槍的缺點(diǎn),是目前用的較多的電子束蒸發(fā)源之一。e型電子槍可以產(chǎn)生很多的功率密度,能融化高熔點(diǎn)的金屬,產(chǎn)生的蒸發(fā)粒子能量高,使膜層和基底結合牢固,成膜的質(zhì)量較好。缺點(diǎn)使電子槍要求較高的真空度,并需要使用負高壓,真空室內要求有查壓板,這些造成了設備結構復雜,性差,不易維護,造價(jià)也較高。
鍍膜方法可以分為氣相生成法,氧化法,離子注入法,擴散法,電鍍法,涂布法,液相生長(cháng)法等。氣相生成法又可分為物**相沉積法,化學(xué)氣相沉積法和放電聚合法等。
真空泵維修 ,蒸發(fā),濺射鍍膜和離子鍍等通常稱(chēng)為物**相沉積法,是基本的薄膜制備。它們都要求淀積薄膜的空間要有一定的真空度。所以,真空是薄膜制作的基礎,獲得并保持所需的真空環(huán)境,是鍍膜的必要條件。
真空系統的種類(lèi)繁多。在實(shí)際工作中,必須根據自己的工作重點(diǎn)進(jìn)行選擇。典型的真空系統包括:獲得真空的設備(真空泵),待抽空的容器(真空室),測量真空的器具(真空計)以及必要的管道,閥門(mén)和其它附屬設備。
1 真空蒸發(fā)鍍膜法
真空蒸發(fā)鍍膜法是在真空室中,加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料,使其原子或分子從表面氣化逸出,形成蒸汽流,入射到固體(稱(chēng)為襯底或基片)表面,凝結形成固態(tài)薄膜的方法。真空蒸發(fā)鍍膜又可以分為下列幾種:
1.1 電阻蒸發(fā)源蒸鍍法
采用鉭,鉬,鎢等高熔點(diǎn)金屬,做成適當形狀的蒸發(fā)源,其上裝入待蒸發(fā)材料,讓氣流通過(guò),對蒸發(fā)材料進(jìn)行直接加熱蒸發(fā),或者把待蒸發(fā)材料放入氧化鋁,氧化鈹等坩鍋中進(jìn)行間接加熱蒸發(fā),這就是電阻加熱蒸發(fā)法。
利用電阻加熱器加熱蒸發(fā)的鍍膜機結構簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜,使用,可用于熔點(diǎn)不太高的材料的蒸發(fā)鍍膜,尤其適用于對鍍膜質(zhì)量要求不太高的大批量的生產(chǎn)中,迄今為止,在鍍鋁制鏡的生產(chǎn)中仍然大量使用著(zhù)電阻加熱蒸發(fā)的工藝。
電阻加熱方式的缺點(diǎn)是:加熱所能達到的高溫度有限,加熱器的壽命液較短。近年來(lái),為了提高加熱器的壽命,已采用壽命較長(cháng)的氮化硼合成的導電陶瓷材料作為加熱器。據報道,可采用20%~30%的氮化硼和能與其相熔的耐火材料所組成的材料來(lái)制作坩鍋,并在表面涂上一層含62%~82%的鋯,其余為鋯硅合金材料。
1.2 電子束蒸發(fā)源蒸鍍法
將蒸發(fā)材料放入水冷鋼坩鍋中,直接利用電子束加熱,使蒸發(fā)材料氣化蒸發(fā)后凝結在基板表面成膜,是真空蒸發(fā)鍍膜中的一種重要的加熱方法和發(fā)展方向。電子束蒸發(fā)克服了一般電阻加熱蒸發(fā)的許多缺點(diǎn),適合制作熔點(diǎn)薄膜材料和高純薄膜材料。
依靠電子束轟擊蒸發(fā)的真空蒸鍍,根據電子束蒸發(fā)源的形式不同,又可分為環(huán)形槍?zhuān)睒專(zhuān)琫型槍和空心陰極電子槍等幾種。
環(huán)形槍是由環(huán)形的陰極來(lái)發(fā)射電子束,經(jīng)聚焦和偏轉后打在坩鍋內使金屬材料蒸發(fā)。它的結構較簡(jiǎn)單,但是功率和效率都不高,基本上只是一種實(shí)驗室用的設備,目前在生產(chǎn)型的裝置中已經(jīng)不再使用。
直槍是一種軸對稱(chēng)的直線(xiàn)加速槍?zhuān)娮訌臒艚z陰極發(fā)射,聚成細束,經(jīng)陽(yáng)極加速后打在坩鍋中使鍍膜材料融化和蒸發(fā)。直槍的功率從幾百瓦至幾百千瓦的都有,有的可用于真空蒸發(fā),有的可用于真空冶煉。直槍的缺點(diǎn)是蒸鍍的材料會(huì )污染槍體結構,給運行的穩定性帶來(lái)困難,同時(shí)發(fā)射燈絲上逸出的鈉離子等也會(huì )引起膜層的污染,近由西德公司研究,在電子束的處設置偏轉磁場(chǎng),并在燈絲部位制成一套獨立的抽氣系統而做成直槍的改進(jìn)形式,不但徹底干便了燈絲對膜的污染,而且還有利于提高槍的壽命。
e型電子槍?zhuān)?70攝氏度偏轉的電子槍克服了直槍的缺點(diǎn),是目前用的較多的電子束蒸發(fā)源之一。e型電子槍可以產(chǎn)生很多的功率密度,能融化高熔點(diǎn)的金屬,產(chǎn)生的蒸發(fā)粒子能量高,使膜層和基底結合牢固,成膜的質(zhì)量較好。缺點(diǎn)使電子槍要求較高的真空度,并需要使用負高壓,真空室內要求有查壓板,這些造成了設備結構復雜,性差,不易維護,造價(jià)也較高。
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