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真空鍍膜技術(shù)的20個(gè)主要問(wèn)題及其答案
標(biāo)簽: 真空鍍膜
2022-10-17  閱讀

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  【康沃真空網(wǎng)】一、鍍膜技術(shù)可區(qū)分為哪幾類(lèi)?

  可區(qū)分為:(1)真空蒸鍍;(2)電鍍;(3)化學(xué)反應(yīng);(4)熱處理;(5)物理或機(jī)械處理。 

  二、常用的真空浦有哪幾種?適用的抽氣范圍為何? 

  真空泵浦可分:(1)機(jī)械泵浦;(2)擴(kuò)散泵浦;(3)渦輪泵浦;(4)吸附泵浦;(5)吸著泵浦。

  真空泵浦抽氣范圍:

  泵      浦          抽 氣 范 圍  

  機(jī) 械 泵 浦      10-1~10-4毫巴

  擴(kuò) 散 泵 浦      10-3~10-6毫巴

  渦 輪 泵 浦      10-3~10-9毫巴

  吸 附 泵 浦      10-3~10-4毫巴

  吸 著 泵 浦      10-4~10-10毫巴

  三、電漿技術(shù)在表面技術(shù)上的應(yīng)用有哪些?

  (1)濺漿沉積:濺鍍是利用高速的離子撞擊固體靶材,使表面分子濺離并射到基材鍍成一層薄膜,濺射離子的起始動(dòng)能約在100eV。常用的電漿氣體為氬氣,質(zhì)量適當(dāng)而且沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)。

  (2)電漿輔助化沉積:氣相化學(xué)沉積的化學(xué)反應(yīng)是在高溫基材上進(jìn)行,如此才能使氣體前置物獲得足夠的能量反應(yīng)。

  (3)電漿聚合:聚合物或塑料薄膜最簡(jiǎn)單的披覆技術(shù)就是將其溶劑中,然后涂布于基板上。電漿聚合涂布法系將分子單體激發(fā)成電漿,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后形成致密的聚合體并披覆在基板上,由于基材受到電漿的撞擊,其附著性也很強(qiáng)。

  (4)電漿蝕刻:濕式堿性蝕刻,這是最簡(jiǎn)單而且便宜的方法,它的缺點(diǎn)是堿性蝕刻具晶面方向性,而且會(huì)產(chǎn)生下蝕的問(wèn)題。

  (5)電漿噴覆:在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)的金屬組件須要有陶瓷物披覆,以防止高溫腐蝕的發(fā)生。

  四、蒸鍍的加熱方式包括哪幾種?各具有何特點(diǎn)?

  加熱方式分為:

  (1)電阻加熱;(2)感應(yīng)加熱;(3)電子束加熱;(4)雷射加熱;(5)電弧加熱。

  各自具有的特點(diǎn):

  (1)電阻加熱:這是一種最簡(jiǎn)單的加熱方法,設(shè)備便宜、操作容易是其優(yōu)點(diǎn)。 

  (2)感應(yīng)加熱:加熱效率佳,升溫快速,并可加熱大容量。

  (3)電子束加熱:這種加熱方法是把數(shù)千eV之高能量電子,經(jīng)磁場(chǎng)聚焦,直接撞擊蒸發(fā)物加熱,溫度可以高達(dá)30000C。而它的電子的來(lái)源有二:高溫金屬產(chǎn)生的熱電子,以及中空陰極放電。

  (4)雷射加熱:激光束可經(jīng)由光學(xué)聚焦在蒸鍍?cè)瓷希a(chǎn)生局部瞬間高溫使其逃離。最早使用的是脈沖紅寶雷射,而后發(fā)展出紫外線準(zhǔn)分子雷射。紫外線的優(yōu)點(diǎn)是每一光子的能量遠(yuǎn)比紅外線高,因此準(zhǔn)分子雷射的功率密度甚高,用以加熱蒸鍍的功能和電子束類(lèi)似。常被用來(lái)披覆成分復(fù)雜的化合物,鍍膜的品質(zhì)甚佳。它和電子束加熱或?yàn)R射的過(guò)程有基本上的差異,準(zhǔn)分子雷射脫離的是微細(xì)的顆粒,后者則是以分子形式脫離。

  (5)電弧加熱:

  陰極電弧沉積的優(yōu)點(diǎn)為:①蒸鍍速率快,可達(dá)每秒1.0微米;②基板不須加熱;③可鍍高溫金屬及陶瓷化合物;④鍍膜密度高且附著力佳。

  五、真空蒸鍍可應(yīng)用在哪些產(chǎn)業(yè)?

  主要產(chǎn)業(yè)大多應(yīng)用于裝飾、光學(xué)、電性、機(jī)械及防蝕等方面,現(xiàn)就比較常見(jiàn)者分述如下:

  1.鏡片的抗反射鍍膜(MgO、MgF2、SiO2等),鏡片置于半球支頂,一次可鍍上百片以上。

  2.金屬、合金或化合物鍍膜,應(yīng)用于微電子當(dāng)導(dǎo)線、電阻、光電功能等用途。

  3.鍍鋁或鉭于絕緣物當(dāng)電容之電極。

  4.特殊合金鍍膜MCrAlY具有耐熱性、抗氧化性,耐溫達(dá)1100℃,可應(yīng)用須耐高溫環(huán)境的工件,如高速切削及成形加工、渦輪引擎葉片等。

  5.鍍金屬于玻璃板供建筑物之裝飾及防紫外線。

  6.離子蒸鍍鍍鋁,系以負(fù)高電壓加在被鍍件上,再把鋁加熱蒸發(fā),其蒸氣經(jīng)由電子撞擊離子化,然后鍍到鋼板上。

  7.鍍鋁于膠膜,可供裝飾或標(biāo)簽,且鍍膜具有金屬感等。最大的用途就是包裝,可以防潮、防空氣等的滲入。

  8.機(jī)械零件或刀磨具鍍硬膜(TiC、TiN、Al2O3)這些超硬薄膜不但硬度高,可有效提高耐磨性,而且所需厚度較小,能符合工件高精度化的要求。

  9.特殊合金薄片之制造。

  10.鍍多層膜于鋼板,改善其性能。

  11.鍍硅于CdS太陽(yáng)電池,可增加其效率。

  12.納米粉末之制造,鍍于冷基板上,使其不附著。

  六、TiN氮化鈦鍍膜具有哪些特點(diǎn)? 

  有以下的優(yōu)點(diǎn):(1)抗磨損;(2)具亮麗的外觀;(3)具安全性,可使用于外科及食品用具;(4)具潤(rùn)滑作用,可減少磨擦;(5)具防蝕功能;(6)可承受高溫。

  七、CVD化學(xué)氣相沉積法反應(yīng)步驟可區(qū)分為哪五個(gè)步驟? 

  (1)不同成分氣相前置反應(yīng)物由主流氣體進(jìn)來(lái),以擴(kuò)散機(jī)制傳輸?shù)交灞砻妗@硐霠顩r下,前置物在基板上的濃度是零,亦即在基板上立刻反應(yīng),實(shí)際上并非如此。

  (2)前置反應(yīng)物吸附在基板上,此時(shí)仍容許該前置物在基板上進(jìn)行有限程度的表面橫向移動(dòng)。

  (3)前置物在基板上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生沉積物的化學(xué)分子,然后經(jīng)積聚成核、遷移、成長(zhǎng)等步驟,最后聯(lián)合一連續(xù)的膜。

  (4)把多余的前置物以及未成核的氣體生成物去吸附。

  (5)被去吸附的氣體,以擴(kuò)散機(jī)制傳輸?shù)街髁鳉庀啵⒔?jīng)傳送排出。

  八、電漿輔助VCD系統(tǒng)有何特色? 

  一般CVD均是在高溫的基板下產(chǎn)生沉積反應(yīng),如果以電漿激發(fā)氣體,即所謂的電漿輔助CVD(Plasma enhanced CVD,簡(jiǎn)稱PECVD),則基板溫度可以大幅降低。然而一般薄層的光電鍍膜或次微米線條,相當(dāng)脆弱,容易受到電漿離子撞擊的傷害,故PECVD并不適宜。

  九、CVD制程具有那些優(yōu)缺點(diǎn)? 

  優(yōu)點(diǎn):

  (1)真空度要求不高,甚至不需要真空,如熱噴覆。

  (2)高沉積速率,APCVD可以達(dá)到1μm/min。

  (3)相對(duì)于PVD,化學(xué)量論組成或合金的鍍膜比較容易達(dá)成。

  (4)鍍膜的成份多樣化,包括金屬、非金屬、氧化物、氮化物、碳化物、半導(dǎo)體、光電材料、聚合物以及鉆石薄膜等。

  (5)可以在復(fù)雜形狀的基材鍍膜,甚至滲入多孔的陶瓷。

  (6)厚度的均勻性良好,LPCVD甚至可同時(shí)鍍數(shù)十芯片。    

  缺點(diǎn): 

  (1)熱力學(xué)及化學(xué)反應(yīng)機(jī)制不易了解或不甚了解。

  (2)須在高溫度下進(jìn)行,有些基材不能承受,甚至和鍍膜起作用。

  (3)反應(yīng)氣體可能具腐蝕性、毒性或爆炸性,處理需格外小心。

  (4)反應(yīng)生成物可能殘余在鍍膜,成為雜質(zhì)。

  (5)基材的遮蔽很難。 

  十、鉆石材料具有哪些優(yōu)點(diǎn)?可應(yīng)用在哪些產(chǎn)業(yè)上? 

  優(yōu)點(diǎn):硬度高、耐磨性高、低熱脹率、散熱能力良好、防蝕能力佳,等等。  

  可應(yīng)用在:聲學(xué)產(chǎn)品、消費(fèi)產(chǎn)品、生醫(yī)產(chǎn)品、光學(xué)產(chǎn)品、超級(jí)磨料、航天產(chǎn)品、鉆石制造、化學(xué)產(chǎn)品、電子產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品。

  十一、鉆石薄膜通常可使用哪些方法來(lái)獲得? 

  近年來(lái),膜狀的鉆石合成技術(shù)突飛猛進(jìn)。鉆石膜的厚度,可自納米至毫米。薄膜常以物理氣相沉積的方法生成。厚膜則多以化學(xué)氣相沉積的方法獲得。

  十二、試說(shuō)明PVD法生長(zhǎng)鉆石薄膜之特性? 

  PVD沉積鉆石時(shí)除撞擊區(qū)的少數(shù)原子外,其他的碳原子乃在真空下,而且溫度很低,因此常被認(rèn)為是低壓法。由于鉆石在低壓為介穩(wěn)定狀態(tài),故PVD法被歸類(lèi)為介穩(wěn)定生長(zhǎng)鉆石的方法。但在生長(zhǎng)鉆石的撞擊區(qū),碳原子所受的壓力及溫度都很高。由于高溫影響的區(qū)域有限,因此鉆石乃在非平衡狀態(tài)下長(zhǎng)出。在這種情況下原子不易擴(kuò)散,生出鉆石的原子排列只是短程有序,但長(zhǎng)程排列則含極多缺陷,甚至也含大量雜質(zhì),故稱為類(lèi)鉆碳。

  以PVD法生長(zhǎng)鉆石或DLC因基材溫度很低,生長(zhǎng)速率緩慢,通常只沉積極薄的一層。由于膜較薄,可附在復(fù)雜的工件表面上。鍍DLC膜時(shí)因工件不受高溫影響,所以PVD沉積的DLC用途廣泛,可用為模具涂層及硬盤(pán)護(hù)膜等。若要生長(zhǎng)較厚的鉆石膜,原子必須擴(kuò)散至晶格內(nèi)的穩(wěn)定位置,因此基材溫度要提高,但也不能高到使生出的鉆石轉(zhuǎn)化成石墨。

  十三、試說(shuō)明CVD法生長(zhǎng)鉆石薄膜之特性? 

  為使CVD的鉆石生長(zhǎng)順利,碳源常用已具鉆石結(jié)構(gòu)的甲烷。甲烷可視為以氫壓出的單原子鉆石。所以煮飯時(shí)的煤氣含大量懸浮的單原子鉆石或DLC。甲烷分解時(shí)若氫原子可在附近若即若離地伴隨,沉積出的碳可維持鉆石的結(jié)構(gòu),并接合在鉆石膜上而不再轉(zhuǎn)化成石墨。

  十四、使用CVD法成長(zhǎng)鉆石薄膜,氫元素和碳元素的濃度有何重要性? 

  CVD生長(zhǎng)鉆石膜的瓶頸乃在避免碳?xì)浠镄纬墒虼藲湓討?yīng)比碳源多很多。碳源濃度決定了鉆石膜的生長(zhǎng)速率,但碳源太高時(shí)氫原子會(huì)來(lái)不及維護(hù)鉆石結(jié)構(gòu)而使分解出的碳變成石墨。因此碳源太濃反而會(huì)降低轉(zhuǎn)化成鉆石的比率。碳源的濃度和溫度決定了鉆石隨方向生長(zhǎng)速率的差異,因此也決定了鉆石的晶形。氫原子的濃度不僅決定了鉆石膜是否能成長(zhǎng),也決定了鉆石膜的質(zhì)量。氫原子產(chǎn)生的比率不太受氣體,但和溫度有直接關(guān)聯(lián)。隨著熱源溫度的降低及距離的增大,氫原子的濃度也會(huì)急劇下降。

  十五、何為化學(xué)氣相蒸鍍(CVD)?主要的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些? 

  化學(xué)氣相蒸鍍乃使用一種或多種氣體,在一加熱的固體基材上發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并鍍上一層固態(tài)薄膜。 

  優(yōu)點(diǎn): 

  (1)真空度要求不高,甚至可以不需要真空,例如熱噴覆;

  (2)沉積速率快,大氣CVD可以達(dá)到1μm/min;

  (3)與PVD比較的話,化學(xué)量論組成或合金的鍍膜較容易達(dá)成;

  (4)鍍膜的成分多樣化,如金屬、非金屬、半導(dǎo)體、光電材料、鉆石薄膜等;

  (5)可以在復(fù)雜形狀的基材鍍膜,甚至滲入多孔的陶瓷;

  (6)厚度的均勻性良好,低壓CVD甚至可以同時(shí)鍍數(shù)十芯片。

  缺點(diǎn):  

  (1)熱力學(xué)及化學(xué)反應(yīng)機(jī)制不易了解或不甚了解;

  (2)需要在高溫下進(jìn)行,有些基材不能承受,甚至和鍍膜產(chǎn)生作用;

  (3)反應(yīng)氣體可能具腐蝕性、毒性或爆炸性,處理時(shí)需小心;

  (4)反應(yīng)生成物可能殘余在鍍膜上,成為雜質(zhì);

  (5)基材的遮蔽很難。

  十六、良好的薄膜須具備哪些特性?影響的因素有哪些?

  通俗的定義為在正常狀況下,其應(yīng)用功能不會(huì)失效。想要達(dá)到這個(gè)目的,一般而言這層薄膜必須具有堅(jiān)牢的附著力、很低的內(nèi)應(yīng)力、針孔密度很少、夠強(qiáng)的機(jī)械性能、均勻的膜厚,以及足夠的抗化學(xué)侵蝕性。薄膜的特性主要受到沉積過(guò)程、成膜條件、接口層的形成和基材的影響,隨后的熱處理亦扮演重要角色。

  十七、沉積的薄膜有內(nèi)應(yīng)力的存在,其來(lái)源為何?

  (1)薄膜和基材之間的晶格失配;(2)薄膜和基材之間的熱膨脹系數(shù)差異;(3)晶界之間的互擠。

  十八、薄膜要有良好的附著力,必須具有哪些基本特性?

  (1)接口層原子之間須有強(qiáng)的化學(xué)鍵結(jié),最好是有化合物的形成或化學(xué)吸附,物理吸附是不夠的;

  (2)低的殘存應(yīng)力,這可能導(dǎo)因于鍍膜和基材晶格或熱膨脹系數(shù)的失配,也可能是薄膜本身存有雜質(zhì)或不良結(jié)構(gòu);

  (3)沒(méi)有容易變形的表結(jié)構(gòu),如斷層結(jié)構(gòu),具有機(jī)械粗糙的表面可以減低問(wèn)題的惡化;

  (4)沒(méi)有長(zhǎng)期變質(zhì)的問(wèn)題,鍍膜曝露在大氣等外在環(huán)境,如果本身沒(méi)生氧化等化學(xué)反應(yīng),則鍍膜自然失去其功能。

  十九、膜厚的量測(cè)方法有哪些? 

  大致上可分為原位量測(cè)、離位量測(cè)兩類(lèi)。

  原位星測(cè)系指鍍膜進(jìn)行中量測(cè),普遍使用在物理氣相沉積,如微天平、光學(xué)、電阻量測(cè)。

  離位量測(cè)系指鍍膜完成后量測(cè),對(duì)電鍍膜的行使較為普遍,具有了解電鍍效率的目的,如質(zhì)量、剖面計(jì)、掃描式電子顯微鏡。

  二十、何為物理蒸鍍?試簡(jiǎn)述其步驟? 

  物理蒸鍍就是把物質(zhì)加熱揮發(fā),然后將其蒸氣沉積在預(yù)定的基材上。由于蒸發(fā)源須加熱揮發(fā),又是在真空中進(jìn)行,故亦稱為熱蒸鍍或真空蒸鍍。

  其可分為三個(gè)步驟:(1)凝態(tài)的物質(zhì)被加熱揮發(fā)成氣相;(2)蒸汽在真空中移動(dòng)一段距離至基材;(3)蒸汽在基材上冷卻凝結(jié)成薄膜。