PVD是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition)的缩写,是一种常用的薄膜沉积技术。它通过在真空环境下将材料加热到高温,使其蒸发或溅射形成气相,然后在基底表面沉积成薄膜。这种薄膜制备方法具有以下几个特点:
--需要使用固态的或者熔化态的物质作为沉积过程的源物质。
--源物质要经过物理过程进入气相。
--需要相对较低的气体压力环境。
--在气相中及衬底表面并不发生化学反应。
物理气相沉积法过程的三个阶段:
1. 从原材料中发射出粒子;
2. 粒子运输到基片;
3. 粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
物理气相沉积技术中最为基本的两种方法就是蒸发法和溅射法,另外还有离子束和离子助等等方法。
蒸发法相对溅射法具有一些明显的优点,包括较高的沉积速度,相对较高的真空度,以及由此导致的较高的薄膜质址等。
溅射法也具有自己的一些优势,包括在沉积多元合金薄膜时化学成分容易控制,沉积层对衬底的附着力较好等。
一、真空蒸镀技术
在真空蒸镀技术中,人们只需要产生一个真空环境。在真空环境下,给待蒸发物提供足够的热量以获得蒸发所必需的蒸气压。在适当的温度下,蒸发粒子在基片上凝结,这样即可实现真空蒸镀薄膜沉积。
大量材料皆可以在真空中蒸发,最终在基片上凝结以形成薄膜。真空蒸发沉积过程由三个步骤组成:
1. 蒸发源材料由凝聚相转变成气相;
2. 在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运;
3. 蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。
蒸发源分类
1. 电阻加热蒸发
2. 电子束加热蒸发
3. 电弧加热蒸发
4. 激光加热蒸发
真空蒸发的影响因素
--物质的蒸发速度
--元素的蒸汽压
--薄膜沉积的均匀性
--薄膜沉积的纯度
薄膜沉积的纯度
--蒸发源的纯度;
--加热装置、坩埚可能造成的污染;
--真空系统中的残留气体。
二、溅射法工艺
溅射法利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点,将离子引向欲被溅射的靶电极。在离子能量合适的情况下,入射的离子将在与靶表面的原子的碰撞过程中使后者溅射出来。这些被溅射出来的原子将带有一定的动能,并且会沿着一定的方向射向衬底,从而实现在衬底上薄膜的沉积。
溅射法分类
1. 直流溅射;
2. 高频溅射;
3. 磁控溅射;
4. 反应溅射;
5. 离子镀。
溅射镀膜的特点
相对于真空镀膜,溅射镀膜具有如下特点:
--对于任何待镀材料,只要能作成靶材,就可实现溅射;
--溅射所获得的薄膜与基片结合较好;溅射所获得的薄膜纯度好,致密性好;
--溅射工艺可重复性好,膜厚可控制,同时可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜;
--缺点是: 沉积速率低,基片会受到等离子体的辐照等作用而产生温升。