PVD技术及设备
玻璃表面镀膜:
•玻璃表面镀膜是玻璃表面改性的常用方法,通过镀膜可以改变玻璃的光学、热学、电学、力学、化学性质、膜层既可是功能性的,也可以是装饰
性的。
•玻璃表面镀膜方法化学还原、高温分解、化学气相沉积、物理气相沉积、电浮等。
气相沉积方法:
•PVD:物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition)主要是借助物理現象来进行薄膜沉积。
•CVD:化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition)是以薄膜材料的蒸气相经过化学反应后,在玻璃表面形成固相薄膜。
1、 汤生放电区:离子撞击阴极产生二次电子,参与与气体分子碰撞,并使气体分子继续电离,产生新的离子和电子。这时,放电电流迅速增加,但电压变化不大,这一放电阶段称为汤生放电。汤生放电后期称为电晕放电。
•电极间无电流通过,气体原子多处于中性,只有少量的电离粒子在电场作用下定向运动,形成极微弱的电流。
2和3、辉光放电区:汤生放电后,气体会突然发生电击穿现象。此时,气体具备了相当的导电能力,称这种具有一定导电能力的气体为等离子体。电流大幅度增加,放电电压却有所下降。导电粒子大量增加,能量转移也足够大,放电气体会发生明显的辉光。电流不断增大,辉光区扩大到整放电长度上,电压有所回升,辉光的亮度不断提高,叫异常辉光放电,可提供面积大、分布均匀的等离子体。气体放电现象
4、 弧光放电区:电压大幅下降,电流大幅增加,产生弧光放电,电弧放电斑点,阴极局部温度大幅升高,阴极自身会发生热蒸发。
CVD化学气相沉积
利用加热、等离子体激励或光辐射等方法,使气态或蒸气状态的化学物质在基板表面反应并沉积生成固态薄膜。
待镀膜材料和被镀基板置于真空室内,采用电子束加热、感应加热、电阻加热等方法使待镀材料蒸发或升华,并在基板表面凝聚成膜。真空度:等于或低于10-2Pa。蒸发温度:与元素有关,In为950℃。坩埚:IN的坩埚可以用Mo。
阴极和阳极分别接低压高电流直流电源的负极和正极。真空度为1.0e-1~1.0e-2Pa时,当引弧电极和阴极靶表面接触与离开的瞬间引燃电弧,在阴极和阳极之间即可以维持电弧放电,其电流一般为几安到几百安,电压一般为10V~25V,这时阴极表面上的电流全部集中在一个或多个很小的部位,形成弧光斑点,即微点蒸发源,使靶材蒸发形成高能原子或离子束流。在基板上成膜。
在高真空状态下导入工艺气体,并在电极的二端加上高电压后,产生Glow放电。此时等离子体中的正离子在电场的作用下撞击靶材溅射出靶材的金属原子。工作压力一般为1.0e-1~1.0Pa,溅射电压为300V~600V,平行于靶材表面的磁感应强度为0.04T~0.07T。
在高真空的状态下,通过电场和磁场的组合而形成的放电方式。根据Fleming的左手法则,在磁场的作用下,电子的平均自由行程得到延长,增加了电子和气体分子的碰撞概率。Magnetron放电状态下,电子受到电磁力的作用,做小半径的回转运动,而靶材表面沿着电子的运动轨迹形成明显的溅射痕迹。
溅射设备构成图
PVD的各种沉积方法设备结构基本相同,一般由以下几部分组成:
1、真空室及排气系统
2、气体供应系统
3、冷却水供给系统
4、加热电源
5、阴极电源
6、检测或监控系统
cryopump抽气原理
在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。它使气体凝结,并保持凝结物的蒸汽压力低于泵的极限压力,从而达到抽气作用。低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。
①低温冷凝:气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上,其平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。抽空气时,冷板温度必须低于25K;抽氢时,冷板温度更低。低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右。物蒸气压力的4倍
②低温吸附:气体分子以一个单分子层厚(10-8厘米数量级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。如在20K时氢的蒸气压力等于大气压力,用20K的活性炭吸氢时吸附平衡压力则低于10-8帕。这样就可能在较高温度下通过低温吸附来进行抽气。
③低温捕集:在抽气温度下不能冷凝的气体分子,被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。一般说来,泵的极限压力就是冷板温度下的被冷凝气体的蒸气压力。温度为120K时,水的蒸气压已低于10-8帕。温度为20K时,除氦、氖和氢外,其他气体的蒸气压也低于10-8帕。但由于被抽容器和低温冷板的温度不同,泵的极限压力高于冷凝物的蒸气压。对于室温下的容器,低温板为20K时,泵的极限压力约为冷凝
油扩散泵
利用加热使真空泵油蒸发,油蒸气高速扩散到A处时转向下,将连接真空室的Flange处的气体带走,来自真空室的气体从8处管道排走,而油本身被冷却后又回到泵底部的油箱内。工作压强为1.3×10-2Pa~1.3×10-7Pa,启动压强为1.3Pa
真空计
真空计的种类
・测量气体分子的热传导能力
热真空计
熱电偶真空计(TC真空计)
・测定气体分子对壁的压力液柱差压真空计(U字管流体压力计、卖克劳德真空计)
隔膜真空計
・利用真空中运动的物体所承受的来自气体分子的力。旋转浮子流速计水晶式真空計
・计测气体分子数。电离真空计(离子真空计)冷阴极电离真空计(彭宁真空计、磁控管真空计)
热电偶真空计(TC)
利用热电偶测量真空内加热器热损失的真空计。因构造简单价廉,被广泛应用。测定范围102Pa~10-1Pa加热器通电后会发热。压力越高,争夺热量的气体分子越多,传至热电偶的热量就越少。而压力降低后,争夺热量的气体分子少了,就有更多的热量传至热电偶。因此可以根据传导至热电偶的热量来测量真空度,
热真空计
利用具有电阻值随放热量而变化这一特点的特殊加热器,组成惠斯登电桥回路,通过电阻的变化来读取真空值。构造简单,价格低廉,用途广泛。测定范围102Pa~10-1PaM惠斯登回路与热真空计的关系热真空计ULVAC製(WP系列)
隔膜真空計
也叫做薄膜真空计(DG)、电容真空计(CM)。不受测定气体种类的影响,在任何真空状态下都能显示出稳定的真空值,主要用于工艺部的真空测定。測定范围大气压~10-2Pa测定原理:将真空部与达到一定基准压力的空间用薄膜隔离,真空部的压力变化会引起薄膜的移位,将其移位量换算成真空值显示出来。。测定室测定接续口基准室1)隔膜真空计的内部构造图
电离真空计测定原理:
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