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真空鍍膜技術

　　真空鍍膜

　　在真空中制備膜層，包括鍍制晶態的金屬、半導體、絕緣體等單質或化合物膜。雖然化學汽相沉積也采用減壓、低壓或等離子體等真空手段，但一般真空鍍膜是指用物理的方法沉積薄膜。真空鍍膜有三種形式，即蒸發鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。

　　通過加熱蒸發某種物質使其沉積在固體表面，稱為蒸發鍍膜。這種方法最早由M.法拉第于1857年提出，現代已成為常用鍍膜技術之一。蒸發鍍膜設備結構如圖1。

　　蒸發物質如金屬、化合物等置于坩堝內或掛在熱絲上作為蒸發源，待鍍工件，如金屬、陶瓷、塑料等基片置于坩堝前方。待系統抽至高真空后，加熱坩堝使其中的物質蒸發。蒸發物質的原子或分子以冷凝方式沉積在基片表面。薄膜厚度可由數百埃至數微米。膜厚決定于蒸發源的蒸發速率和時間（或決定于裝料量），并與源和基片的距離有關。對于大面積鍍膜，常采用旋轉基片或多蒸發源的方式以保證膜層厚度的均勻性。從蒸發源到基片的距離應小于蒸氣分子在殘余氣體中的平均自由程，以免蒸氣分子與殘氣分子碰撞引起化學作用。蒸氣分子平均動能約為0.1～0.2電子伏。

　　蒸發源有三種類型。①電阻加熱源：用難熔金屬如鎢、鉭制成舟箔或絲狀,通以電流,加熱在它上方的或置于坩堝中的蒸發物質（圖1[蒸發鍍膜設備示意圖]

）電阻加熱源主要用于蒸發Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料；②高頻感應加熱源：用高頻感應電流加熱坩堝和蒸發物質；③電子束加熱源：適用于蒸發溫度較高（不低于2000[618-1]）的材料，即用電子束轟擊材料使其蒸發。

　　蒸發鍍膜與其他真空鍍膜方法相比，具有較高的沉積速率，可鍍制單質和不易熱分解的化合物膜。

　　為沉積高純單晶膜層，可采用分子束外延方法。生長摻雜的GaAlAs單晶層的分子束外延裝置如圖2[ 分子束外延裝置示意圖

]。噴射爐中裝有分子束源，在超高真空下當它被加熱到一定溫度時，爐中元素以束狀分子流射向基片?；患訜岬揭欢囟?，沉積在基片上的分子可以徙動，按基片晶格次序生長結晶用分子束外延法可獲得所需化學計量比的高純化合物單晶膜，薄膜最慢生長速度可控制在1單層/秒。通過控制擋板,可精確地做出所需成分和結構的單晶薄膜。分子束外延法廣泛用于制造各種光集成器件和各種超晶格結構薄膜。

　　用高能粒子轟擊固體表面時能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基片上。濺射現象于1870年開始用于鍍膜技術，1930年以后由于提高了沉積速率而逐漸用于工業生產。常用的二極濺射設備如圖3[ 二

極濺射示意圖]。通常將欲沉積的材料制成板材──靶,固定在陰極上。基片置于正對靶面的陽極上,距靶幾厘米。系統抽至高真空后充入 10～1帕的氣體（通常為氬氣），在陰極和陽極間加幾千伏電壓，兩極間即產生輝光放電。放電產生的正離子在電場作用下飛向陰極，與靶表面原子碰撞，受碰撞從靶面逸出的靶原子稱為濺射原子,其能量在1至幾十電子伏范圍。濺射原子在基片表面沉積成膜。與蒸發鍍膜不同，濺射鍍膜不受膜材熔點的限制,可濺射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等難熔物質。濺射化合物膜可用反應濺射法，即將反應氣體 (O、N、HS、CH等)加入Ar氣中,反應氣體及其離子與靶原子或濺射原子發生反應生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉積在基片上。沉積絕緣膜可采用高頻濺射法?；b在接地的電極上，絕緣靶裝在對面的電極上。高頻電源一端接地，一端通過匹配網絡和隔直流電容接到裝有絕緣靶的電極上。接通高頻電源后，高頻電壓不斷改變極性。等離子體中的電子和正離子在電壓的正半周和負半周分別打到絕緣靶上。由于電子遷移率高于正離子，絕緣靶表面帶負電，在達到動態平衡時，靶處于負的偏置電位，從而使正離子對靶的濺射持續進行。采用磁控濺射可使沉積速率比非磁控濺射提高近一個數量級。

　　蒸發物質的分子被電子碰撞電離后以離子沉積在固體表面，稱為離子鍍。這種技術是D.麥托克斯于1963年提出的。離子鍍是真空蒸發與陰極濺射技術的結合。一種離子鍍系統如圖4[離子鍍系統示意圖],將基片臺作為陰極，外殼作陽極，充入惰性氣體（如氬）以產生輝光放電。從蒸發源蒸發的分子通過等離子區時發生電離。正離子被基片臺負電壓加速打到基片表面。未電離的中性原子（約占蒸發料的95%）也沉積在基片或真空室壁表面。電場對離化的蒸氣分子的加速作用（離子能量約幾百～幾千電子伏）和氬離子對基片的濺射清洗作用，使膜層附著強度大大提高。離子鍍工藝綜合了蒸發（高沉積速率）與濺射（良好的膜層附著力）工藝的特點，并有很好的繞射性，可為形狀復雜的工件鍍膜。

　　（純度：99.9%-99.9999%）

高純氧化物

　　一氧化硅、SiO，二氧化鉿、HfO?，二硼化鉿，氯氧化鉿，二氧化鋯、ZrO2，二氧化鈦、TiO2，一氧化鈦、TiO，二氧化硅、SiO2，三氧化二鈦、Ti2O3，五氧化三鈦、Ti3O5，五氧化二鉭、Ta2O5，五氧化二鈮、Nb2O5，三氧化二鋁、Al2O3，三氧化二鈧、Sc2O3，三氧化二銦、In2O3，二鈦酸鐠、Pr(TiO3)2，二氧化鈰、CeO2，氧化鎂、MgO，三氧化鎢、WO3，氧化釤、Sm2O3，氧化釹、Nd2O3，氧化鉍、Bi2O3，氧化鐠、Pr6O11，氧化銻、Sb2O3，氧化釩、V2O5，氧化鎳、NiO，氧化鋅、ZnO，氧化鐵、Fe2O3，氧化鉻、Cr2O3，氧化銅、CuO等。

高純氟化物

　　氟化鎂、MgF2，氟化鐿、YbF3，氟化釔、LaF3，氟化鏑、DyF3，氟化釹、NdF3，氟化鉺、ErF3，氟化鉀、KF，氟化鍶、SrF3，氟化釤、SmF3，氟化鈉、NaF，氟化鋇、BaF2，氟化鈰、CeF3，氟化鉛等。

高純金屬類

　　高純鋁,高純鋁絲，高純鋁粒，高純鋁片，高純鋁柱，高純銅，高純銅絲，高純銅片，高純銅粒，高純鉻，高純鉻粒，高純鉻粉，高純鉻塊，鉻條，高純鈷，高純鈷粒，高純金，高純金絲，高純金片，高純金粒，高純銀，高純銀絲，高純銀粒，高純銀片，高純鉑，高純鉑絲，高純鉿，高純鉿粉，高純鉿絲，高純鉿粒，高純鎢，高純鎢粒，高純鉬，高純鉬粒，高純鉬片，高純硅，高純單晶硅，高純多晶硅，高純鍺，高純鍺粒，高純錳，高純錳粒，高純鈷，高純鈷粒，高純鈮，高純錫，高純錫粒，高純錫絲，高純鎢，高純鎢粒，高純鋅，高純鋅粒，高純釩，高純釩粒，高純鐵，高純鐵粒，高純鐵粉，高純鈦，高純鈦片，高純鈦粒，海面鈦,高純鋯，高純鋯絲，海綿鋯,碘化鋯,高純鋯粒，高純鋯塊，高純碲，高純碲粒，高純鍺，高純鎳，高純鎳絲，高純鎳片，高純鎳柱，高純鉭，高純鉭片，高純鉭絲，高純鉭粒，高純鎳鉻絲，高純鎳鉻粒，高純鑭,高純鐠,高純釓,高純鈰,高純鋱,高純鈥,高純釔,高純鐿,高純銩,高純錸,高純銠,高純鈀,高純銥等.

混合料

　　氧化鋯氧化鈦混合料，氧化鋯氧化鉭混合料，氧化鈦氧化鉭混合料，氧化鋯氧化釔混合料，氧化鈦氧化鈮混合料，氧化鋯氧化鋁混合料，氧化鎂氧化鋁混合料，氧化銦氧化錫混合料，氧化錫氧化銦混合料，氟化鈰氟化鈣混合料等混合料

其他化合物

　　鈦酸鋇，BaTiO3，鈦酸鐠，PrTiO3，鈦酸鍶，SrTiO3，鈦酸鑭，LaTiO3，硫化鋅，ZnS，冰晶石，Na3AlF6，硒化鋅，ZnSe，硫化鎘，硫化鉬，硫化銅，二硅化鉬。

輔料

　　鉬片，鉬舟、鉭片、鎢片、鎢舟、鎢絞絲。

　?。兌龋?9.9%-99.999%）

金屬靶材

　　鎳靶（Ni靶）、鈦靶（Ti靶）、鋅靶（Zn靶）、鉻靶（Cr靶）、鎂靶（Mg靶）、鈮靶（Nb靶）、錫靶（Sn靶）、鋁靶（Al靶）、銦靶（In靶）、鐵靶（Fe靶）、鋯鋁靶（ZrAl靶）、鈦鋁靶（TiAl靶）、鋯靶（Zr靶）、硅靶（Si靶）、銅靶（Cu靶）、鉭靶（Ta靶）、鍺靶（Ge靶）、銀靶（Ag靶）、鈷靶（Co靶）、金靶（Au靶）、釓靶（Gd靶）、鑭靶（La靶）、釔靶（Y靶）、鈰靶（Ce靶）、鉿靶（Hf靶）、鉬靶（Mo靶）、鐵鎳靶（FeNi靶）、V靶、W靶、不銹鋼靶、鎳鐵靶、鐵鈷靶、鎳鉻靶、銅銦鎵靶、鋁硅靶NiCr靶等金屬靶材。

陶瓷靶材

　　2. 陶瓷靶材

　　ITO靶、AZO靶，氧化鎂靶、氧化鐵靶、氧化鉻靶、氧化鋅靶、硫化鋅靶、硫化鎘靶，硫化鉬靶，二氧化硅靶、一氧化硅靶、氧化鈰靶、二氧化鋯靶、五氧化二鈮靶、二氧化鈦靶、二氧化鋯靶，二氧化鉿靶，二硼化鈦靶，二硼化鋯靶，三氧化鎢靶，三氧化二鋁靶，五氧化二鉭靶，五氧化二鈮靶、氟化鎂靶、氟化釔靶、氟化鎂靶，硒化鋅靶、氮化鋁靶，氮化硅靶，氮化硼靶，氮化鈦靶，碳化硅靶，鈮酸鋰靶、鈦酸鐠靶、鈦酸鋇靶、鈦酸鑭靶、氧化鎳靶等陶瓷濺射靶材。

　　1．在機床運轉正常情況下，開動機床時，必須先開水管，工作中應隨時注意水壓。

　　2．在離子轟擊和蒸發時，應特別注意高壓電線接頭，不得觸動，以防觸電。

　　3．在用電子槍鍍膜時，應在鐘罩外圍上鋁板。觀察窗的玻璃最好用鉛玻璃，觀察時應戴上鉛玻璃眼鏡，以防X射線侵害人體。

　　4．鍍制多層介質膜的鍍膜間，應安裝通風吸塵裝置，及時排除有害粉塵。

　　5．易燃有毒物品要妥善保管，以防失火中毒。

　　6．酸洗夾具應在通風裝置內進行，并要戴橡皮手套。

　　7．把零件放入酸洗或堿洗槽中時，應輕拿輕放，不得碰撞及濺出。平時酸洗槽盆應加蓋。

　　8．工作完畢應斷電、斷水。