第七章气相沉积技术1第七章第七章 气相沉积技术气相沉积技术物理第七章气相沉积技术2 气相沉积技术是近气相沉积技术是近3030年来迅速发展的表面技术，它利用气相在年来迅速发展的表面技术，它利用气相在各种材料或制品的表面进行沉积，制备单层或多层薄膜，使材料或各种材料或制品的表面进行沉积，制备单层或多层薄膜，使材料或制品获得所需的各种优异性能制品获得所需的各种优异性能这项技术早期也被称为这项技术早期也被称为“干镀干镀”，主要分，主要分 PVD 和和 CVD：物理气相沉积物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）化学气相沉积化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）第七章气相沉积技术3负偏压负偏压靶靶基片基片plasma 物理物理 气相沉积气相沉积 反应性气体反应性气体基片基片CH4化学化学 气相沉积气相沉积 第七章气相沉积技术4气相沉积基体过程包括三个步骤：气相沉积基体过程包括三个步骤：（1）提供气相镀料；）提供气相镀料；蒸发镀膜蒸发镀膜:使镀料加热蒸发；使镀料加热蒸发；溅射镀膜溅射镀膜:用具有一定能量的离子轰击，从靶材上击出镀料原子用具有一定能量的离子轰击，从靶材上击出镀料原子。
2）镀料向所镀制的工件（或基片）输送）镀料向所镀制的工件（或基片）输送 （在真空中进行，这主要是为了避免过多气体碰撞）（在真空中进行，这主要是为了避免过多气体碰撞）高真空度时（真空度为高真空度时（真空度为 10-2Pa）：）：镀料原子很少与残余气体分子碰撞，基本上是从镀源直线前进至基片；镀料原子很少与残余气体分子碰撞，基本上是从镀源直线前进至基片；低真空度时（如真空度为低真空度时（如真空度为 10Pa）：）：则镀料原子会与残余气体分子发生碰撞而绕射，但只要不过于降低镀膜则镀料原子会与残余气体分子发生碰撞而绕射，但只要不过于降低镀膜速率，还是允许的速率，还是允许的真空度过低，镀料原子频繁碰撞会相互凝聚为微粒，则镀膜过程无法进真空度过低，镀料原子频繁碰撞会相互凝聚为微粒，则镀膜过程无法进行7.1 气相沉积的过程气相沉积的过程第七章气相沉积技术5（3）镀料沉积在基片上构成膜层镀料沉积在基片上构成膜层气相物质在基片上沉积是一个凝聚过程根据凝聚条件的不气相物质在基片上沉积是一个凝聚过程根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜其中沉积过程中若沉积粒子来源于化合物的气相分解反应，则称其中沉积过程中若沉积粒子来源于化合物的气相分解反应，则称为化学气相沉积（为化学气相沉积（CVD），否则称为物理气相沉积（），否则称为物理气相沉积（PVD）。
第七章气相沉积技术6反应镀反应镀 镀料原子在沉积时，可与其它活性气体分子发生化学反应而镀料原子在沉积时，可与其它活性气体分子发生化学反应而形成化合物膜，称为反应镀反应镀在工艺和设备上变化不大，形成化合物膜，称为反应镀反应镀在工艺和设备上变化不大，可以认为是蒸镀和溅射的一种应用；可以认为是蒸镀和溅射的一种应用；离子镀离子镀 在镀料原子凝聚成膜的过程中，还可以同时用具有一定能量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，目的是改变膜层的结构和性能，这种镀膜技术的离子轰击膜层，目的是改变膜层的结构和性能，这种镀膜技术称为离子镀称为离子镀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为另一类镀膜技术第七章气相沉积技术77.2 物理气相沉积物理气相沉积n在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其离子化为离子，直接沉积到基体表面子、分子或使其离子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法称为物理气相沉积（上的方法称为物理气相沉积（PVD）n物理气相沉积法主要包括真空蒸镀、溅射镀膜、离子物理气相沉积法主要包括真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀膜等。
镀膜等第七章气相沉积技术8n物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）技术经历了由最初的真空蒸镀到）技术经历了由最初的真空蒸镀到1963年离子镀技术的开发和应用年离子镀技术的开发和应用20世纪世纪70年代末磁控年代末磁控溅射技术有了新的突破溅射技术有了新的突破n近年来，各种复合技术，如离子注入与各种近年来，各种复合技术，如离子注入与各种PVD方法的方法的复合，已经在新材料涂层、功能涂层、超硬涂层的开发复合，已经在新材料涂层、功能涂层、超硬涂层的开发制备中成为必不可少的工艺方法制备中成为必不可少的工艺方法nPVD法已广泛用于机械、航空、电子、轻工和光学等工法已广泛用于机械、航空、电子、轻工和光学等工业部门中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、业部门中制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、磁性、光学、装饰、润滑、压电和超导等各种镀层装饰、润滑、压电和超导等各种镀层n随着物理气相沉积设备的不断完善、大型化和连续化，随着物理气相沉积设备的不断完善、大型化和连续化，它的应用范围和可镀工件尺寸不断扩大，已成为国内外它的应用范围和可镀工件尺寸不断扩大，已成为国内外近近20年来争相发展和采用的先进技术之一年来争相发展和采用的先进技术之一。
第七章气相沉积技术91.1.蒸发镀膜蒸发镀膜 在高真空中用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝在高真空中用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法称蒸发镀膜（简称蒸镀）聚在基体表面的方法称蒸发镀膜（简称蒸镀）原理：原理：n和液体一样，固体在任何温度下也或多或少地气化（升华），和液体一样，固体在任何温度下也或多或少地气化（升华），形成该物质的蒸气形成该物质的蒸气n在高真空中，将镀料加热到高温，相应温度下的饱和蒸气向上在高真空中，将镀料加热到高温，相应温度下的饱和蒸气向上散发，蒸发原子在各个方向的通量并不相等散发，蒸发原子在各个方向的通量并不相等n基片设在蒸气源的上方阻挡蒸气流，蒸气则在其上形成凝固膜基片设在蒸气源的上方阻挡蒸气流，蒸气则在其上形成凝固膜为了弥补凝固的蒸气，蒸发源要以一定的比例供给蒸气为了弥补凝固的蒸气，蒸发源要以一定的比例供给蒸气n蒸发粒子具有的动能是蒸发粒子具有的动能是 0.1-1.0 eV，膜对基体的结合力较弱，膜对基体的结合力较弱，一般要对基板进行加热一般要对基板进行加热第七章气相沉积技术10真空容器真空容器(提供蒸发所需提供蒸发所需的真空环境的真空环境)。
蒸发源蒸发源(为蒸镀材料的蒸为蒸镀材料的蒸发提供热量发提供热量)基片基片(即被镀工件，在它即被镀工件，在它上面形成蒸发料沉积层上面形成蒸发料沉积层)，基片架基片架(安装夹持基片安装夹持基片)蒸发镀膜系统蒸发镀膜系统第七章气相沉积技术11蒸发成膜过程是由蒸发、蒸发材料粒子的迁移和沉蒸发成膜过程是由蒸发、蒸发材料粒子的迁移和沉积三个过程所组成积三个过程所组成被镀材料被镀材料蒸发过程蒸发过程蒸发材料蒸发材料粒子迁移粒子迁移过程过程蒸发材料蒸发材料粒子沉积粒子沉积过程过程蒸发材料蒸发材料粒子 基片(工件)第七章气相沉积技术12n 在真空容器中将蒸镀材料在真空容器中将蒸镀材料(金属或非金属金属或非金属)加热，当达加热，当达到适当温度后，便有大量的原子和分子离开蒸镀材料的到适当温度后，便有大量的原子和分子离开蒸镀材料的表面进入气相表面进入气相n 因为容器内气压足够低，这些原子或分子几乎不经碰因为容器内气压足够低，这些原子或分子几乎不经碰撞地在空间内飞散，撞地在空间内飞散，n 当到达表面温度相对低的被镀工件表面时，便凝结而当到达表面温度相对低的被镀工件表面时，便凝结而形成薄膜形成薄膜第七章气相沉积技术13n根据蒸发镀的原理可知，通过采用单金属镀膜材料或合金根据蒸发镀的原理可知，通过采用单金属镀膜材料或合金镀膜材料就可在基体上得到单金属膜层或得到合金膜层。
镀膜材料就可在基体上得到单金属膜层或得到合金膜层但由于在同一温度下，不同的金属具有不同的饱和蒸气压，但由于在同一温度下，不同的金属具有不同的饱和蒸气压，其蒸发速度也不一样，蒸发速度快的金属将比蒸发速度慢其蒸发速度也不一样，蒸发速度快的金属将比蒸发速度慢的金属先蒸发完，这样所得的膜层成分就会与合金镀料的的金属先蒸发完，这样所得的膜层成分就会与合金镀料的成分有明显的不同所以，通过蒸发镀获得合金镀膜比获成分有明显的不同所以，通过蒸发镀获得合金镀膜比获得单金属镀膜困难得单金属镀膜困难第七章气相沉积技术14 真空蒸镀时，蒸发粒子动能为真空蒸镀时，蒸发粒子动能为0.11.0eV,膜对基体的附着膜对基体的附着力较弱，为了改进结合力，一般采用力较弱，为了改进结合力，一般采用:n在基板背面设置一个加热器，加热基极，使基板保持适当在基板背面设置一个加热器，加热基极，使基板保持适当的温度，这既净化了基板，又使膜和基体之间形成一薄的的温度，这既净化了基板，又使膜和基体之间形成一薄的扩散层扩散层,增大了附着力增大了附着力n对于蒸镀像对于蒸镀像Au这样附着力弱的金属，可以先蒸镀像这样附着力弱的金属，可以先蒸镀像Cr，Al等结合力高的薄膜作底层。
等结合力高的薄膜作底层第七章气相沉积技术15蒸发镀用途蒸发镀用途n蒸镀只适用于镀制对蒸镀只适用于镀制对结合强度要求不高的结合强度要求不高的某些功能膜，例如用某些功能膜，例如用作电极的导电膜，光作电极的导电膜，光学透镜的反射膜及装学透镜的反射膜及装饰用的金膜、银膜饰用的金膜、银膜第七章气相沉积技术16 蒸镀纯金属膜中蒸镀纯金属膜中90是铝膜，铝膜有广泛的用途是铝膜，铝膜有广泛的用途n目前在制镜工业中已经广泛采用蒸镀，以铝代银，节约贵目前在制镜工业中已经广泛采用蒸镀，以铝代银，节约贵重金属n集成电路是镀铝进行金属化，然后再刻蚀出导线在聚酯集成电路是镀铝进行金属化，然后再刻蚀出导线在聚酯薄膜上镀铝具有多种用途，可制造小体积的电容器；制作薄膜上镀铝具有多种用途，可制造小体积的电容器；制作防止紫外线照射的食品软包装袋等；经阳极氧化和着色后防止紫外线照射的食品软包装袋等；经阳极氧化和着色后即得色彩鲜艳的装饰膜即得色彩鲜艳的装饰膜n双面蒸镀铝的薄钢板可代替镀锡的马口铁制造罐头盒双面蒸镀铝的薄钢板可代替镀锡的马口铁制造罐头盒第七章气相沉积技术172.溅射镀膜溅射镀膜离子束射向一块固体材料时，有三种可能：离子束射向一块固体材料时，有三种可能：1入射离子把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，入射离子把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，这个现象叫做溅射。
这个现象叫做溅射2入射离子从固体材料表面弹了回来，或者穿出固体材料入射离子从固体材料表面弹了回来，或者穿出固体材料而去，这些现象叫做散射而去，这些现象叫做散射3入射离子受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并入射离子受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中，这一现象就叫做离子注入最终停留在固体材料中，这一现象就叫做离子注入第七章气相沉积技术18n 在真空室内用几十电子伏持或更高动能的荷能粒子在真空室内用几十电子伏持或更高动能的荷能粒子 (通通常是常是Ar+)Ar+)轰击阴极轰击阴极(沉积材料做的靶沉积材料做的靶)，将其原子溅射出，将其原子溅射出，迁移到基片迁移到基片(工件工件)上沉积形成镀层的过程称为溅射镀膜上沉积形成镀层的过程称为溅射镀膜n 在溅射镀膜中，被轰击的材料称为靶在溅射镀膜中，被轰击的材料称为靶第七章气相沉积技术19二极溅射是最基本二极溅射是最基本最简单的溅射装置最简单的溅射装置在右图的直流二极在右图的直流二极溅射装置中，主要部溅射装置中，主要部件为件为 靶靶(阴极阴极)、工件、工件(基片基片)和阳极第七章气相沉积技术201）基本原理）基本原理n其中靶是一平板，由欲沉积的材料组成，一般将它与电其中靶是一平板，由欲沉积的材料组成，一般将它与电源的负极相连，故此法又常称为阴极溅射镀膜。
源的负极相连，故此法又常称为阴极溅射镀膜n固定装置可以使工件接地、悬空、偏置、加热、冷却或固定装置可以使工件接地、悬空、偏置、加热、冷却或同时兼有上述几种功能真空室中需要充入气体作为媒同时兼有上述几种功能真空室中需要充入气体作为媒介，使辉光放电得以启动和维持，最常用的气体是氩气介，使辉光放电得以启动和维持，最常用的气体是氩气n工作时，真空室预抽到工作时，真空室预抽到6.5 10-3Pa，通入，通入Ar 气使压强维持气使压强维持在在1.3 10 1.3 Pa，n接通直流高压电源，阴极靶上的负高压在极间建立起等离接通直流高压电源，阴极靶上的负高压在极间建立起等离子区，其中带正电的子区，其中带正电的Ar+离子受电场加速轰击阴极靶，溅离子受电场加速轰击阴极靶，溅射出靶物质，射出靶物质，n溅射粒子以分子或原子状态沉积于工件表面，形成镀膜溅射粒子以分子或原子状态沉积于工件表面，形成镀膜第七章气相沉积技术21溅射镀膜的基本过程溅射镀膜的基本过程靶面原子靶面原子的溅射的溅射溅射原子向溅射原子向基片的迁移基片的迁移溅射原子在溅射原子在基片沉积基片沉积靶基片溅射原子正离子第七章气相沉积技术22n阴极溅射时溅射下来的材料原子具有阴极溅射时溅射下来的材料原子具有1035eV的动能，比蒸镀时原子动能（的动能，比蒸镀时原子动能（0.11.0eV）大得）大得多，因此溅射镀膜的附着力也比蒸镀膜大。
多，因此溅射镀膜的附着力也比蒸镀膜大第七章气相沉积技术232）溅射镀膜的特点）溅射镀膜的特点 与真空蒸镀法相比，阴极溅射有如下特点：与真空蒸镀法相比，阴极溅射有如下特点：n膜层与基体结合力高膜层与基体结合力高n容易得到高熔点物质的膜容易得到高熔点物质的膜n可以在较大面积上得到均匀的薄膜可以在较大面积上得到均匀的薄膜n容易控制膜的组成，膜层致密，无气孔容易控制膜的组成，膜层致密，无气孔n几乎可制造一切物质的薄膜几乎可制造一切物质的薄膜第七章气相沉积技术243）溅射镀膜工艺与应用）溅射镀膜工艺与应用n溅射薄膜按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜和溅射薄膜按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜和物理功能膜两大类物理功能膜两大类n前者包括耐磨、减摩、耐热、抗蚀等表面强化薄膜材料、前者包括耐磨、减摩、耐热、抗蚀等表面强化薄膜材料、固体润滑薄膜材料；后者包括电、磁、声、光等功能薄膜固体润滑薄膜材料；后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料等第七章气相沉积技术25n采用采用Cr、Cr-CrN等合金靶或镶嵌靶，在等合金靶或镶嵌靶，在N2、CH4等气氛等气氛中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀Cr、CrC、CrN等镀层。
纯铬膜的显微硬度为等镀层纯铬膜的显微硬度为425840HV，CrN膜膜为为1000350OHV，不仅硬度高且摩擦系数小，可代替水，不仅硬度高且摩擦系数小，可代替水溶液电镀铬溶液电镀铬n用用TiN、TiC等超硬镀层熔覆刀具、模具等表面，摩擦系等超硬镀层熔覆刀具、模具等表面，摩擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、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、模具等的使用性能，又耐冲击等性能，既可以提高刀具、模具等的使用性能，又可以提高使用寿命，一般可使刀具寿命提高可以提高使用寿命，一般可使刀具寿命提高310倍nTiN、TiC、Al2O3等膜层化学性能稳定，在许多介质中具等膜层化学性能稳定，在许多介质中具有良好的耐蚀性，可以作为基体材料保护膜有良好的耐蚀性，可以作为基体材料保护膜第七章气相沉积技术26太阳能真空管一般为玻璃双层同轴结构，采用高硼硅太阳能真空管一般为玻璃双层同轴结构，采用高硼硅3.3特特硬玻璃制造，在内管外壁采用磁控溅射镀膜技术，溅射选硬玻璃制造，在内管外壁采用磁控溅射镀膜技术，溅射选择性吸收涂层，如铝、纯铜、不锈钢或铝氮铝择性吸收涂层，如铝、纯铜、不锈钢或铝氮铝(AL-N-AL)等。
等如铜、不锈钢、氮化铝三靶干涉膜真空管，最里层是铜反如铜、不锈钢、氮化铝三靶干涉膜真空管，最里层是铜反射层，中间是不锈钢吸收层，最外是氮化铝减反层射层，中间是不锈钢吸收层，最外是氮化铝减反层第七章气相沉积技术273.离子镀离子镀n将真空室中的辉光放电等离子体技术与真空蒸将真空室中的辉光放电等离子体技术与真空蒸发镀膜技术结合起来的一种发镀膜技术结合起来的一种PVD技术n在真空条件下，借助于一种惰性气体的辉光放在真空条件下，借助于一种惰性气体的辉光放电使欲镀金属或合金蒸发离子化，在带负电荷电使欲镀金属或合金蒸发离子化，在带负电荷的基体（工件）上形成镀膜的技术称为离子镀的基体（工件）上形成镀膜的技术称为离子镀第七章气相沉积技术28n 镀前将真空室抽空至镀前将真空室抽空至6.5 10-3Pa以上以上真空，然后通入真空，然后通入Ar作为工作气体，使作为工作气体，使真空度保持在真空度保持在1.3 1.3 10-1Pan 当接通高压电源后，在蒸发源与工当接通高压电源后，在蒸发源与工件之间产生气体放电由于工件接在件之间产生气体放电由于工件接在放电的阴极，便有离子轰击工件表面，放电的阴极，便有离子轰击工件表面，对工件作溅射清洗。
对工件作溅射清洗n 经过一段时间后，加热蒸发源使镀经过一段时间后，加热蒸发源使镀料气化蒸发，蒸发后的镀料原子进入料气化蒸发，蒸发后的镀料原子进入放电形成的等离子区中，其中一部分放电形成的等离子区中，其中一部分被电离，在电场加速下轰击工件表面被电离，在电场加速下轰击工件表面并沉积成膜；一部分镀料原子则处于并沉积成膜；一部分镀料原子则处于激发态，而未被电离，因而在真空室激发态，而未被电离，因而在真空室内呈现特定颜色的辉光内呈现特定颜色的辉光第七章气相沉积技术29离子镀膜的基本过程离子镀膜的基本过程蒸发材料蒸发材料被电离 基片(工件)镀膜材料的蒸发、材料离子化、离子加速、离子轰击镀膜材料的蒸发、材料离子化、离子加速、离子轰击工件表面沉积成膜工件表面沉积成膜离子加速气体光辉放电第七章气相沉积技术30离子镀膜的特点离子镀膜的特点n 膜层的附着力强，不易脱落，这是离子镀膜的重要特性膜层的附着力强，不易脱落，这是离子镀膜的重要特性如在不锈钢上镀制如在不锈钢上镀制20 50 m厚的银膜，可以达到厚的银膜，可以达到300MPa的的粘附强度，钢上镀镍，粘附强度也极好粘附强度，钢上镀镍，粘附强度也极好n 绕射性好绕射性好。
基片的正面反面甚至内孔、凹槽、狭缝等，都能沉积上薄膜基片的正面反面甚至内孔、凹槽、狭缝等，都能沉积上薄膜n 沉积速率快，镀层质量好沉积速率快，镀层质量好离子镀膜获得的镀层组织致密，针孔、气泡少而且镀前离子镀膜获得的镀层组织致密，针孔、气泡少而且镀前对工件对工件(基片基片)清洗处理较简单成膜速度快，可达清洗处理较简单成膜速度快，可达75 m/min，可镀制厚达可镀制厚达30 m的镀层，是制备厚膜的重要手段的镀层，是制备厚膜的重要手段第七章气相沉积技术31n 可镀材质广泛可镀材质广泛离子镀膜可以在金属表面或非金属表面上镀制金属膜或非离子镀膜可以在金属表面或非金属表面上镀制金属膜或非金属膜，甚至可以镀塑料、石英、陶瓷、橡胶可以镀单金属膜，甚至可以镀塑料、石英、陶瓷、橡胶可以镀单质膜，也可以镀化合物膜各种金属、合金以及某些合成质膜，也可以镀化合物膜各种金属、合金以及某些合成材料，热敏材料，高熔点材料，均可镀覆材料，热敏材料，高熔点材料，均可镀覆采用不同的镀料，不同的放电气体及不同的工艺参数，就采用不同的镀料，不同的放电气体及不同的工艺参数，就能获得与基体表面附着力强的耐磨镀层，表面致密的耐蚀能获得与基体表面附着力强的耐磨镀层，表面致密的耐蚀镀层，润滑镀层，各种颜色的装饰镀层以及电子学、光学、镀层，润滑镀层，各种颜色的装饰镀层以及电子学、光学、能源科学等所需的特殊功能镀层。
能源科学等所需的特殊功能镀层第七章气相沉积技术32离子镀的应用离子镀的应用n大多数精密刀具都是高速钢大多数精密刀具都是高速钢制造的，这些刀具制造复杂，制造的，这些刀具制造复杂，价格昂贵，消耗贵金属，迫价格昂贵，消耗贵金属，迫切需要延长使用寿命切需要延长使用寿命n涂层高速钢刀具是离子镀最涂层高速钢刀具是离子镀最成功的应用之一，氮化钛化成功的应用之一，氮化钛化合物膜具有很高的硬度，颜合物膜具有很高的硬度，颜色金黄，广泛用于高速钢刀色金黄，广泛用于高速钢刀具和装饰涂层，引起了一场具和装饰涂层，引起了一场刀具的刀具的“黄色革命黄色革命”第七章气相沉积技术33n离子镀超硬涂层是在较低温度下沉积的，一般离子镀超硬涂层是在较低温度下沉积的，一般不超过基体材料的回火温度，同时离子镀膜工不超过基体材料的回火温度，同时离子镀膜工艺不降低工件的表面光洁度因此，离子镀通艺不降低工件的表面光洁度因此，离子镀通常做为最后一道工序进行常做为最后一道工序进行第七章气相沉积技术34离子镀在日常生活中的应用第七章气相沉积技术35离子镀的手表第七章气相沉积技术36电 镀 真空蒸发 真空溅射 离子镀膜 镀覆物质 金 属金属某些化合物金属、合金、化合物、陶瓷、高分子物质金属、合金、陶瓷、化合物 方 法电 解 真空蒸镀真空等离子体法离子束法真空等离子体法离子束法粒子动能(Ev)0.20.1 1.0几个 100几十 5000沉积速率中 等高(1m/min)(3 75m/min)慢(0.1m/min)高(1m/min)(达 50m/min)附着力较 好一 般 好很 好膜的性质可 能 有 针孔、凸起不太均匀高密度、针孔少高密度、针孔少基片温度(C)30 200150 500150 800压强(Pa)6.510-2Ar 1.310-1 6.51.310-1 6.5 膜的纯度取决于镀槽的清洁和镀液的纯度取决于蒸发物质的纯度取决于靶材料的纯度取决于镀覆物质的纯度基板(工件)尺寸受镀槽大小及电源功率的限制受真空室大小的限制受真空室大小的限制受真空室大小的限制镀覆能力(对复杂形状)能镀所有的表面，但厚度不均匀只镀基片的直射表面只镀基片的直射表面能镀基片所有表面，镀层厚度均匀三种物理气相沉积技术与电镀的比较三种物理气相沉积技术与电镀的比较第七章气相沉积技术377.3 化学气相沉积化学气相沉积n所谓化学气相沉积（所谓化学气相沉积（CVD），就是利用化学反应），就是利用化学反应的原理，从气相物质中析出固相物质沉积于工件的原理，从气相物质中析出固相物质沉积于工件表面形成涂层或薄膜的新工艺。
表面形成涂层或薄膜的新工艺n化学气相沉积与物理气相沉积不同的是，沉积粒化学气相沉积与物理气相沉积不同的是，沉积粒子来源于化合物的气相分解反应子来源于化合物的气相分解反应第七章气相沉积技术38产生挥发性产生挥发性运载化合物运载化合物把挥发性化合把挥发性化合物运到沉积区物运到沉积区发生化学反应发生化学反应形成固态产物形成固态产物化学气相沉积包括三个过程：化学气相沉积包括三个过程：n 一是将含有薄膜元素的反应物质在较低温度下气化一是将含有薄膜元素的反应物质在较低温度下气化n 二是将反应气体送入高温的反应室二是将反应气体送入高温的反应室n 三是气体在基体表面产生化学反应，析出金属或化三是气体在基体表面产生化学反应，析出金属或化合物沉积在工件表面形成涂层合物沉积在工件表面形成涂层1.CVD的一般原理的一般原理第七章气相沉积技术39 CVD反应必须满足的三个挥发性条件：反应必须满足的三个挥发性条件：n反应物必须具有足够高的蒸气压，要保证能以适当的速度反应物必须具有足够高的蒸气压，要保证能以适当的速度被引入反应室；被引入反应室；n除了涂层物质之外的其它反应产物必须是挥发性的；除了涂层物质之外的其它反应产物必须是挥发性的；n沉积物本身必须有足够低的蒸气压，以使其在反应期间能沉积物本身必须有足够低的蒸气压，以使其在反应期间能保持在受热基体上。
保持在受热基体上第七章气相沉积技术40n以沉积以沉积TiC涂层为例，可向涂层为例，可向8501100的反应室中通入的反应室中通入TiCl4、CH4、H2，其中，其中H2氢气作为载体气和稀释剂经氢气作为载体气和稀释剂经过一系列化学反应，最终生成过一系列化学反应，最终生成 TiC 沉积在工件表面沉积在工件表面TiCl4 CH4+H2 TiC 4HCl+H2第七章气相沉积技术41 2.CVD的分类的分类 按沉积的压力不同，化学气相沉积分为按沉积的压力不同，化学气相沉积分为n常压化学气相沉积常压化学气相沉积n低压化学气相沉积低压化学气相沉积n兼有兼有CVD和和PVD两者特点的等离子化学气相沉积两者特点的等离子化学气相沉积（PCVD）等第七章气相沉积技术42按沉积的温度不同，化学气相沉积分为按沉积的温度不同，化学气相沉积分为n低温沉积（低温沉积（500以下）以下）n中温沉积（中温沉积（500800）n高温沉积（高温沉积（9001200）第七章气相沉积技术43CVD技术的优点：技术的优点：n 沉积层纯度高，沉积层纯度高，n 沉积层与基体的结合力强，沉积层与基体的结合力强，n 可以沉积各种单晶、多晶或非晶态无机薄膜材料，可以沉积各种单晶、多晶或非晶态无机薄膜材料，n 设备简单，操作方便，工艺上重现性好，适用于批量生设备简单，操作方便，工艺上重现性好，适用于批量生产和成本低廉。
产和成本低廉3.CVD的特点的特点第七章气相沉积技术44nCVD技术的最大缺点是需要较高的工作温度由于技术的最大缺点是需要较高的工作温度由于CVD技术是热力学条件决定的热化学过程，一般反应温度多技术是热力学条件决定的热化学过程，一般反应温度多在在1000 C以上，因此限制了这一技术的应用范围以上，因此限制了这一技术的应用范围n随着目前等离子体增强化学气相沉积、激光辅助化学气随着目前等离子体增强化学气相沉积、激光辅助化学气相沉积的出现，能够达到的沉积工作温度在逐渐升高，相沉积的出现，能够达到的沉积工作温度在逐渐升高，可沉积物质的种类在不断扩大，沉积层性能的范围也在可沉积物质的种类在不断扩大，沉积层性能的范围也在逐渐扩大逐渐扩大第七章气相沉积技术45 4.CVD装置装置 化学气相沉积的典型装置主要包括气体的产生、净化、化学气相沉积的典型装置主要包括气体的产生、净化、混合及输运装置、反应室、基材加热装置和排气装置，混合及输运装置、反应室、基材加热装置和排气装置，组成三个相互关联的系统：气体供应系统、反应室及排组成三个相互关联的系统：气体供应系统、反应室及排气系统气系统 第七章气相沉积技术46第七章气相沉积技术47 5.CVD技术的应用技术的应用 CVD法主要应用于两大方向：法主要应用于两大方向：n一是沉积涂层，二是制取新材料。
一是沉积涂层，二是制取新材料n目前已有数十种涂层材料，包括金属、难熔材料目前已有数十种涂层材料，包括金属、难熔材料的粉末和晶须以及金刚石、类金刚石薄膜材料的粉末和晶须以及金刚石、类金刚石薄膜材料第七章气相沉积技术48CVDCVD法制备金刚石、法制备金刚石、类金刚石薄膜材料类金刚石薄膜材料制备难熔材料的粉制备难熔材料的粉未和晶须未和晶须CVDCVD沉积金属沉积金属CVDCVD沉积各种功能涂层沉积各种功能涂层 化学气相沉积的应用第七章气相沉积技术491）CVD沉积金属沉积金属n金属有机化合物以及金属羟基化合物已经成功地用来沉金属有机化合物以及金属羟基化合物已经成功地用来沉积相应的金属积相应的金属n用这种方法沉积的金属包括用这种方法沉积的金属包括Cu、Pb、Fe、Co、Ni、Ru、In、Pt以及耐酸金属以及耐酸金属W、Mo等其它金属大部分可以通等其它金属大部分可以通过它们的卤化物的分解或歧化反应来沉积，最普通的卤过它们的卤化物的分解或歧化反应来沉积，最普通的卤化物就是氯化物化物就是氯化物第七章气相沉积技术502）CVD沉积各种功能涂层沉积各种功能涂层nCVD涂层可用于要求抗氧化、耐磨、耐蚀以及某些电学、涂层可用于要求抗氧化、耐磨、耐蚀以及某些电学、光学和摩擦学性能的部件，主要是在工件表面沉积超硬耐光学和摩擦学性能的部件，主要是在工件表面沉积超硬耐磨涂层或减摩涂层等。
磨涂层或减摩涂层等n为进一步提高硬质合金刀具的耐磨性，常在硬质合金刀为进一步提高硬质合金刀具的耐磨性，常在硬质合金刀具表面用具表面用CVD法沉积法沉积TiN，TiC、-Al2O3涂层及涂层及Ti（C，N）、）、TiC-Al2O3复合涂层，复合涂层，TiC涂层硬度为涂层硬度为30003200HV，摩擦系数小，切削速度高，耐磨性好，寿命，摩擦系数小，切削速度高，耐磨性好，寿命长；长；TiN涂层硬度涂层硬度18002450HV，由于其涂层的特殊性，由于其涂层的特殊性质，因而该涂层比质，因而该涂层比TiC涂层刀具更耐磨涂层刀具更耐磨n化学气相沉积还被用来在枪筒内壁涂覆耐磨层化学气相沉积还被用来在枪筒内壁涂覆耐磨层第七章气相沉积技术513）CVD制备难熔材料的粉未和晶须制备难熔材料的粉未和晶须nCVD越来越受到重视的一项应用是制备难熔材料的粉末和越来越受到重视的一项应用是制备难熔材料的粉末和晶须，因此，晶须，因此，CVD法在发展复合材料和纳米材料方面也具法在发展复合材料和纳米材料方面也具有非常大的作用有非常大的作用n目前晶须正在成为一种重要的工程材料，用于制备复合材目前晶须正在成为一种重要的工程材料，用于制备复合材料，料，60年代初以研究硼纤维增强的铝基复合材料为主，年代初以研究硼纤维增强的铝基复合材料为主，60年代中期出现石墨纤维以来，又开始大力研究碳纤维增年代中期出现石墨纤维以来，又开始大力研究碳纤维增强的铝基或塑料基复合材料。
强的铝基或塑料基复合材料n如在陶瓷中加入微米级的超细晶须可使复合材料的韧性如在陶瓷中加入微米级的超细晶须可使复合材料的韧性得到明显的改善有些晶须如得到明显的改善有些晶须如Si3N4和和TiC已采用已采用CVD法法工业生产工业生产CVD法可沉积多种化合物晶须如法可沉积多种化合物晶须如Al2O3、TiN、Cr3C2、SiC、Si3N4、ZrC、ZrN、ZrO2等第七章气相沉积技术524）CVD法制备金刚石、类金刚石薄膜材料法制备金刚石、类金刚石薄膜材料n20世纪世纪80年代初用年代初用CVD法合成金刚石取得成功，随后在全法合成金刚石取得成功，随后在全世界范围内形成了世界范围内形成了CVD合成金刚石的热潮合成金刚石的热潮nCVD金刚石的硬度与天然金刚石一样，是制作金刚石工具金刚石的硬度与天然金刚石一样，是制作金刚石工具的极好材料金刚石薄膜工具大多采用硬质合金工具作为的极好材料金刚石薄膜工具大多采用硬质合金工具作为衬底，覆层厚度一般在衬底，覆层厚度一般在1 0m以下，性能与以下，性能与PCD(金刚石复金刚石复合片）接近而成本远比合片）接近而成本远比PCD低，可以在复杂形状工具上获低，可以在复杂形状工具上获得均匀覆层。
得均匀覆层nCVD技术在市场上被公认的应用是钨硬质合金切削刀具的技术在市场上被公认的应用是钨硬质合金切削刀具的“薄膜薄膜”CVD金刚石镀层，无论是切屑的断屑槽刀片还是金刚石镀层，无论是切屑的断屑槽刀片还是完全镀层的螺旋端铣，金刚石镀层刀具已经商业化了完全镀层的螺旋端铣，金刚石镀层刀具已经商业化了第七章气相沉积技术53第七章气相沉积技术54n除用作切削刀具外，除用作切削刀具外，金刚石膜还可用于制金刚石膜还可用于制作拉丝模及其它摩擦作拉丝模及其它摩擦磨损零部件，代替昂磨损零部件，代替昂贵的天然金刚石贵的天然金刚石。