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一、气相沉积技术
(2)溅射镀膜 定义-在真空室中，用荷能粒子轰击靶材，使其原子获得能量而
溅出进入气相，并在工件表面沉积成膜。荷能粒子一般为离子。
步骤-靶面原子溅射→溅射原子向基片迁移→沉积成膜。
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一、气相沉积技术
v 常用方法
F 二极溅射
由真空室+抽真空系统+ 电气系统+供气部分组成
钟罩
阴极屏障
目录
l 一、气相沉积技术 l 二、高能束表面处理
二、高能束表面处理
➢ 1.高能束表面改性概述 ➢2.激光表面处理概述及其分类 ➢3.电子束表面处理及热过程 ➢4. 离子注入原理、装置及应用
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二、高能束表面处理
➢1.高能束表面改性概述
❖高能束-激光束、电子束、离子束。 ❖表面改性-获得与基体的组织、性能不同的材料表面。 ❖高能束加热和冷却速度极高-微晶或非晶制备。 ❖离子注入-把异类原子引入表面层-表面合金化。
真空蒸镀 (1)物理气相沉积 溅射镀膜 (2)化学气相沉积 离子镀膜
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一、气相沉积技术
➢2.物理气相沉积原理、装置及工艺
(1)真空蒸镀 ❖定义-在真空条件下，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。
❖步骤-清洁基材表面→蒸发源加热镀膜材料→材料蒸发或升华
成蒸气→蒸气在基材表面凝聚成膜。
v 方法
F 电阻加热法 温度<1500℃，Al、Au、Ag。
电阻加热蒸发源
钨丝、钨舟、钼舟
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一、气相沉积技术
F 高频感应加热法
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一、气相沉积技术
F 激光蒸镀法
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一、气相沉积技术
v 真空蒸镀膜影响因素
F 真空度 F 基材表面状态：清洁度、温度、晶体结构 F 蒸发温度 F 蒸发和凝结速率
F 基材表面与蒸发源的空间关系
质量流量计
N2 等离子区
SiH4+Ar
质量流量计
反应室
高频发生器
试样
加热器 机械泵
扩散泵
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一、气相沉积技术
F 金属有机化合物CVD (MOCVD)
采用GaAs作为基片
不锈钢发泡器
反应室
GaAs 基片
RF 线圈
托架
TMG TMA DEZ
排气
H2
石至墨收废装制气置成回
质量流
净化器 量计4个
AsH3
用氢气稀释至5~10%
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二、高能束表面处理
v 激光熔覆技术
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二、高能束表面处理
l 激光熔覆材料的添加
Ø 预制涂层法：先涂覆、喷涂、电镀一层材料； Ø 同步送料法：将材料直接送入激光熔池，多为粉末、线材。
l 激光熔覆技术特点
Ø 类似于喷焊或堆焊，与二者相比特点： (1) 稀释率低； (2)基材热变形最小； (3)熔覆层致密，结合强度高； (4)无污染，无辐射，低噪声，劳动条件好。
工件架
至真 空泵
阳极
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一、气相沉积技术
F磁控溅射离子镀
离子镀 电源
永久磁铁 工作室 磁磁控靶
控
NSN
阳
极
磁控 电源
膜层
氩气
至真 空泵
基板 (工件)
Байду номын сангаас
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一、气相沉积技术
F活性反应离子镀
反应 气导 入环
真空室
基板
压差 板
物料
真空机组
探测 电极 反应
气体
＋
电 源
—
至真 空泵
电子枪
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一、气相沉积技术
安全在于心细，事故出在麻痹。20.1 0.232 0.10.2 323:4 8:492 3:48: 49Oct ober 23, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月2 3日下 午11时 48分2 0.10.2 320.1 0.23
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。 2020年 10月2 3日星 期五下 午11时 48分4 9秒23: 48:49 20.10 .23
光化学反应CVD
常压CVD 1atm(1.013×105 Pa)
按沉积系统压强
减压CVD 数十~数百Pa
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一、气相沉积技术
F减压CVD
冷阱
压力 真空表 波阀纹
管清洗 氮
感应加热 反应室 排气
装料 门组
件
气动 连锁 装置
反应 气体
管
主真空泵
气体控 制系统
防振台
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一、气相沉积技术
F等离子体增强CVD (PECVD)
齿圈激光熔凝
轧辊激光熔凝
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二、高能束表面处理
➢3.电子束表面处理及热过程
❖原理
l 电子束能量密度达103MW/m2， 比激光高一至二个数量级。
l 电子束加热深度和尺寸比激光大 。
l 缺点：必须在真空环境中处理。
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二、高能束表面处理
v 电子束表面改性方法
F ①电子束淬火； F ②电子束表面合金化； F ③电子束覆层； F ④制造非晶态层； F 此外，电子束蒸镀、溅射也应属于电子束的改性范畴。
H2Se 高压气瓶 用氢气稀释至几十~几百ppm
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一、气相沉积技术
F 光化学CVD
l 利用光化学反应，使反应物吸收一定波长和能量的光子，促使其 中的原子团和离子发生反应，生成化合物的CVD方法。
l 主要用于沉积SiO2、Si3N4以及多晶硅膜；生长M膜和Ga、Ge、Ti 、W等元素的氧化物膜。
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。 2020年 10月2 3日星 期五11 时48分 49秒2 3:48: 4923 October 2020
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二、高能束表面处理
➢2.激光表面处理概述及其分类
❖概述：
金属对激光的吸收——部分反射,部分吸收； 吸收能量——电子跃迁； 吸收率与波长、温度、金属表面自身性质有关； 激光与金属作用的类型：热作用、力作用、光作用。
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二、高能束表面处理
❖ 分类：
不改变基材表面成分
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二、高能束表面处理
F 改变基材表面成分
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一、气相沉积技术
❖ 原理-在高真空中，镀料气化（升华）。基体设在蒸气流上方，
且温度相对较低，则蒸气在基体上形成凝固膜。
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一、气相沉积技术
❖ 设备
工 件
蒸发源与
加热器
钟罩
冷阱
出水 扩散泵
工件夹和 加热器
ZF-85 针阀
高真空阀
充气阀
低真 空阀
放气阀
进水 增压泵 机械泵
真空蒸镀设备简图
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一、气相沉积技术
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二、高能束表面处理
l 激光熔覆材料
Ø 自熔合金：镍基、铁基、钴基、铜基； Ø 金属陶瓷符合粉末：合金与碳化物(WC、TiC、SiC等)； Ø 陶瓷粉末：Al2O3、ZrO2等。
l 激光熔覆影响因素
Ø 激光功率、光斑直径、功率密度、扫描速度、送粉速率、材料相 容性。
l 激光熔覆用途
Ø 形成特殊表面层；零件修复、恢复尺寸。
F 三极溅射
阳极 靶子
灯丝
钟罩
挡板
基片 磁场 线圈
等离 子区
进气阀
抽气系统
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一、气相沉积技术
v 溅射镀膜应用
F 机械功能膜：耐摩、减摩、耐热、抗蚀等强化膜，固体润滑薄膜； F 物理功能膜：电气、磁学、光学等； F 装饰膜。
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一、气相沉积技术
(3)离子镀膜 定义-在真空条件下，由惰性气体辉光放电使气体或被蒸发物质
阴极(靶)
基
阳极 (基板)
片
加热器
高压 —电源＋
加热 氩气 电源
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一、气相沉积技术
F 射频溅射
l射频：指频率低于6×1012的电振荡频率
射频 电源
匹配电路 氩气
射频 电极
电磁 线圈
真空罩
工件
工件架
电磁 线圈 靶材
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一、气相沉积技术
F 磁控溅射
工件架
辉光区
基片 靶
屏
蔽
S
N
S
磁铁
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一、气相沉积技术
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。 23:48: 4923: 48:49 23:48 10/23 /2020 11:48:49 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20 .10.23 23:48 :4923 :48Oc t-202 3-Oct- 20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。23 :48:4 923:4 8:492 3:48Friday, October 23, 2020
v 离子镀膜应用
F 表面强化镀层：耐磨镀层、耐蚀镀层、润滑镀层； F 装饰镀层； F 特殊功能镀层。
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一、气相沉积技术
➢3.化学气相沉积原理、装置及工艺
❖定义-通过热化学反应产生的气相在工件表面沉积成膜的方法。
❖设备-
干燥剂
流量计
感应 加热炉
常由石英管制成； 器壁为热态
反应室
甲烷
催化剂 氢气瓶
混合室 TiCl4
部分离子化，离子经电场加速后对带负电荷的基体轰击，同时将蒸发 物或反应物沉积成膜。
镀料蒸发方式-电阻加热、电子束加热、等离子束加热、高
频感应加热等。
离化方式-辉光放电型、电子束型、热电子型、等离子电子束