气相沉积技术-课件

2024/7/41第9章 气相沉积技术2024/7/42 气相沉积技术是近40年来迅速发展的一门新技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。2024/7/43概述气气相相沉沉积积硬硬质质镀镀层层TiNTiN已已被被广广泛泛用用于于提提高高耐耐磨磨工工模模具的寿命；具的寿命；但但是是，目目前前沉沉积积理理论论落落后后于于沉沉积积技技术术的的现现象象已已在在很很大大程程度度上上影影响响了了此此项项技技术术的的进进一一步步发发展展，例例如如镀镀层层质质量量的的测测试试及及评评定定方方法法；膜膜基基体体系系和和膜膜基基间间的的相相互互关系的研究；关系的研究；这这些些研研究究将将为为新新材材料料新新工工艺艺转转化化为为生生产产力力提提供供有有效效的基本数据，为进一步发展新材料奠定理论基础。的基本数据，为进一步发展新材料奠定理论基础。2024/7/44气相沉积发展史气气相相沉沉积积硬硬质质镀镀层层的的出出现现在在1919世世纪纪末末，德德国国的的ErlweinErlwein等等利利用用化化学学气气相相沉沉积积（简简称称CVDCVD），在在氢氢气气的的参参与与下下，利利用用挥挥发发性性的的金金属属化化合合物物与与碳碳氢氢化化合合物物反应，在白炽灯丝上形成反应，在白炽灯丝上形成TiCTiC。后后来来ArkelArkel和和MoersMoers等等又又分分别别报报道道了了在在灯灯丝丝上上用用CVDCVD制制取取高高熔熔点点碳碳化化物物工工艺艺试试验验的的研研究究结结果果。直直到到19451945年年，CVDCVD制备制备TiCTiC的研究仍局限于实验室。的研究仍局限于实验室。2024/7/4519521952年年联联邦邦德德国国金金属属公公司司的的冶冶金金实实验验室室在在10001000下下，在在铸铸铁铁表表面面得得到到粘粘结结很很好好的的TiCTiC镀镀层层。从从19541954年年起起，他他们们又又在在工工模模具具表表面面也也得得到到了了致致密密、光光滑滑、粘结力良好的粘结力良好的TiCTiC镀层镀层；19661966年联邦德国的克鲁伯公司获得镀层硬质合金的年联邦德国的克鲁伯公司获得镀层硬质合金的专利。专利。从从1968196819691969年，联邦德国和瑞典的年，联邦德国和瑞典的TiCTiC镀镀层刀片层刀片已先后投放世界市场。已先后投放世界市场。到到19701970年年，美美国国、日日本本、英英国国等等硬硬质质合合金金制制造造商商也也相相继继开开始始了了镀镀层层刀刀片片的的研研究究与与生生产产，目目前前，在在发发达达国家刀片的国家刀片的7070-80-80是带镀层使用的。是带镀层使用的。2024/7/46lCVDCVD的的主主要要缺缺点点是是沉沉积积温温度度高高（90090012001200），超超过过了了许许多多工工模模具具的的常常规规热热处处理理温温度度，因因此此镀镀覆覆之之后后还还需需进进行行二二次次热热处处理理，引引起起基基材材的的变变形形开开裂裂并并使使镀镀层性能下降。层性能下降。l大大多多数数精精密密刀刀具具都都是是高高速速钢钢制制造造的的，这这些些刀刀具具制制造造复复杂杂，价价格格昂昂贵贵，迫迫切切需需要要延延长长使使用用寿寿命命，从从而而推推动了物理气相沉积（动了物理气相沉积（PVDPVD）技术的诞生与发展。）技术的诞生与发展。2024/7/47物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）气气相相沉沉积积基基本本过过程程包包括括三三个个走走骤骤：即即提提供供气气相相镀镀料料；镀镀料料向向所所镀镀制制的的工工件件（或或基基片片）输输送送；镀料镀料沉积沉积在基片上构成膜层。在基片上构成膜层。沉沉积积过过程程中中若若沉沉积积粒粒子子来来源源于于化化合合物物的的气气相相分分解解反反应应，则则称称为为化化学学气气相相沉沉积积（CVDCVD）；否否则则称为物理气相沉积（称为物理气相沉积（PVDPVD）。）。2024/7/48物理气相沉积的基本过程（1 1）气相物质的产生气相物质的产生一类方法是使镀料加热蒸发，称为一类方法是使镀料加热蒸发，称为蒸发镀膜蒸发镀膜；另另一一类类是是用用具具有有一一定定能能量量的的离离子子轰轰击击靶靶材材（镀镀料料），从靶材上击出镀料原子，称为，从靶材上击出镀料原子，称为溅射镀膜溅射镀膜。2024/7/49（2）气相物质的输送 气气相相物物质质的的输输送送要要求求在在真真空空中中进进行行，这这主主要要是是为为了了避避免免气气体碰撞体碰撞妨碍气相镀料到达基片：妨碍气相镀料到达基片：在在高高真真空空度度的的情情况况下下（真真空空度度为为1010-2-2PaPa），镀镀料料原原子子很很少少与与残残余余气气体体分分子子碰碰撞撞，基基本本上上是是从从镀镀料料源源直直线线前前进进到到达达基基片片；在在低低真真空空度度时时（如如真真空空度度为为10Pa10Pa），则则镀镀料料原原子子会会与与残残余余气气体体分分子子发发生生碰碰撞撞而而绕绕射射，但但只只要要不不过过于于降降低低镀镀膜膜速速率率，还是允许的。还是允许的。如如真真空空度度过过低低，镀镀料料原原子子频频繁繁碰碰撞撞会会相相互互凝凝聚聚为为微微粒粒，则则镀膜过程无法进行。镀膜过程无法进行。2024/7/410（3）气相物质的沉积气气相相物物质质在在基基片片上上沉沉积积是是一一个个凝凝聚聚过过程程。根根据据凝凝聚聚条条件件的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。镀镀料料原原子子在在沉沉积积时时，可可与与其其它它活活性性气气体体分分子子发发生生化化学学反反应而形成应而形成化合物膜化合物膜，称为，称为反应镀反应镀。在在镀镀料料原原子子凝凝聚聚成成膜膜的的过过程程中中，还还可可以以同同时时用用具具有有一一定定能能量量的的离离子子轰轰击击膜膜层层，目目的的是是改改变变膜膜层层的的结结构构和和性性能能，这种镀膜技术称为这种镀膜技术称为离子镀离子镀。2024/7/411蒸蒸镀镀和和溅溅射射是是物物理理气气相相沉沉积积的的两两类类基基本本镀镀膜膜技技术术。以以此为基础，又衍生出此为基础，又衍生出反应镀反应镀和和离子镀离子镀。其其中中反反应应镀镀在在工工艺艺和和设设备备上上变变化化不不大大，可可以以认认为为是是蒸蒸镀和溅射的一种应用；镀和溅射的一种应用；而而离离子子镀镀在在技技术术上上变变化化较较大大，所所以以通通常常将将其其与与蒸蒸镀镀和和溅射并列为另一类镀膜技术。溅射并列为另一类镀膜技术。2024/7/412一、蒸发镀膜在在高高真真空空中中用用加加热热蒸蒸发发的的方方法法使使镀镀料料转转化化为为气气相相，然然后后凝凝聚聚在在基基体体表表面面的的方方法法称称为为蒸蒸发发镀镀膜膜（简简称称蒸蒸镀镀）。）。1 1蒸镀原理蒸镀原理 和和液液体体一一样样，固固体体在在任任何何温温度度下下也也或或多多或或少少地地气气化化（升升华华），形形成成该该物物质质的的蒸蒸气气。在在高高真真空空中中，将将镀镀料料加加热热到到高高温温，相相应应温温度度下下的的饱饱和和蒸蒸气气向向上上散散发发，蒸蒸发发原原子子在在各各个个方方向向的的通通量量并并不不相相等等。基基片片设设在在蒸蒸气气源源的的上上方方阻阻挡挡蒸蒸气气流流，蒸蒸气气则则在在其上形成凝固膜。其上形成凝固膜。2024/7/4132蒸镀方法(1)(1)电阻加热蒸镀电阻加热蒸镀 加加热热器器材材料料常常使使用用钨钨、钼钼、钽钽等等高高熔熔点点金金属属，按按照照蒸蒸发发材材料料的的不不同同，可可制制成成丝丝状状、带带状状和板状和板状 。(2)(2)电子束加热蒸镀电子束加热蒸镀 利利用用电电子子束束加加热热可可以以使使钨钨（熔熔点点33803380）、钼钼（熔熔点点26102610）和和钽钽（熔熔点点31003100）等等高高熔熔点金属熔化。点金属熔化。2024/7/414（3）合金膜的镀制 如果要沉积合金，则在整个基片表面和膜层厚度范围内如果要沉积合金，则在整个基片表面和膜层厚度范围内都必须得到均匀的组分。有两种基本方式：单电子束蒸发都必须得到均匀的组分。有两种基本方式：单电子束蒸发源沉积和多电子束蒸发源沉积源沉积和多电子束蒸发源沉积 2024/7/415多电子束蒸发源多电子束蒸发源是由隔开的是由隔开的几个坩埚几个坩埚组成，坩埚数量组成，坩埚数量按合金元素的多少来确定，蒸发后几种组元同时凝按合金元素的多少来确定，蒸发后几种组元同时凝聚成膜。聚成膜。单电子束蒸发源沉积合金时会遇到单电子束蒸发源沉积合金时会遇到分馏分馏问题问题:以以NiNi、CrCr二元合金为例二元合金为例,蒸镀的合金膜，其组成为蒸镀的合金膜，其组成为80/2080/20。蒸发。蒸发温度约温度约2000K2000K，而铬在，而铬在2000K2000K时的蒸气压强比镍要高时的蒸气压强比镍要高100100倍。倍。如果镀料是一次加热，则因如果镀料是一次加热，则因铬原子消耗较快铬原子消耗较快，而使镀层逐，而使镀层逐渐渐贫铬贫铬。解决分馏问题的办法是解决分馏问题的办法是连续加料连续加料，熔池的温度和体积保持恒，熔池的温度和体积保持恒定是这种镀膜工艺成功的关键。定是这种镀膜工艺成功的关键。2024/7/416（4）化合物的镀制 大多数的化合物在热蒸发时会全部或部分大多数的化合物在热蒸发时会全部或部分分解分解。所以用简。所以用简单的蒸镀技术无法由单的蒸镀技术无法由化合物镀料化合物镀料镀制出组成镀制出组成符合化学比的符合化学比的膜层膜层。但有一些化合物，如氯化物、硫化物和硒化物，甚至少数但有一些化合物，如氯化物、硫化物和硒化物，甚至少数氧化物如氧化物如B B2 20 03 3，SnOSnO可以可以直接蒸镀直接蒸镀。因为它们。因为它们很少分解很少分解或或者当其凝聚时各种组元又者当其凝聚时各种组元又重新化合重新化合。然而除了热分解问题，。然而除了热分解问题，还有与坩埚材料反应而改变膜层成分的问题，这些都是化还有与坩埚材料反应而改变膜层成分的问题，这些都是化合物蒸镀的限制因素。合物蒸镀的限制因素。2024/7/417镀制化合物的另一途径是采用反应镀例如镀制TiC是在蒸镀Ti的同时，向真空室通入乙炔气，于是基片上发生以下反应而得到TiC膜层。2TiC2H22TiC十H2 2024/7/418（5）分子束外延 以以蒸蒸镀镀为为基基础础发发展展起起来来的的分分子子束束外外延延技技术术和和设设备备，经经过过1010余余年的开发，近年来已制备出年的开发，近年来已制备出各种各种-V-V族化合物族化合物的半导体器件。的半导体器件。外外延延是是指指在在单单晶晶基基体体上上成成长长出出位位向向相相同同的的同同类类单单晶晶体体（同同质质外外延延），或或者者成成长长出出具具有有共共格格或或半半共共格格关关系系的的异异类类单单晶晶体体（异质外延）。（异质外延）。目目前前分分子子束束外外延延的的膜膜厚厚控控制制水水平平已已经经达达到到单单原原子子层层，甚甚至至知知道某一单原子层是否已经排满，而另一层是否已经开始成长。道某一单原子层是否已经排满，而另一层是否已经开始成长。2024/7/4193蒸镀用途蒸镀用途 蒸镀只用于镀制对结合强度要求不高的某些功能膜；例如用作电极的导电膜，光学镜头用的增透膜等；蒸镀用于镀制合金膜时，在保证合金成分这点上，要比溅射困难得多；但在镀制纯金属时，蒸镀可以表现出镀膜速率快的优势。2024/7/420蒸镀纯金属膜中，90是铝膜铝膜有广泛的铝膜有广泛的用途用途目目前前在在制制镜镜工工业业中中已已经经广广泛泛采采用用蒸蒸镀镀，以以铝铝代代银银，节节约约贵贵重金属。重金属。集成电路是集成电路是镀铝进行金属化镀铝进行金属化，然后再，然后再刻蚀出导线刻蚀出导线。在在聚聚酯酯薄薄膜膜上上镀镀铝铝具具有有多多种种用用途途：制制造造小小体体积积的的电电容容器器；制作防止紫外线照射的食品软包装袋；制作防止紫外线照射的食品软包装袋；经阳极氧化和着色后即得色经阳极氧化和着色后即得色彩鲜艳的装饰膜彩鲜艳的装饰膜。双面蒸镀铝的薄钢板双面蒸镀铝的薄钢板可代替镀锡的马口铁制造可代替镀锡的马口铁制造罐头盒罐头盒。2024/7/421二、溅射镀膜 溅溅射射镀镀膜膜：是是指指在在真真空空室室中中，利利用用荷荷能能粒粒子子轰轰击击镀镀料料表表面面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术。溅射镀膜有两种：溅射镀膜有两种：一种是在真空室中，利用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒一种是在真空室中，利用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒子在基片表面成膜，这称为子在基片表面成膜，这称为离子束溅射离子束溅射。离子束要由特制的。离子束要由特制的离子源产生，离子源结构较为复杂，价格较贵，只是在用于离子源产生，离子源结构较为复杂，价格较贵，只是在用于分析技术和制取特殊的薄膜时才采用离子束溅射。分析技术和制取特殊的薄膜时才采用离子束溅射。另一种是在真空室中，利用另一种是在真空室中，利用低压气体放电低压气体放电现象，使处于现象，使处于等离等离子状态下的离子轰击靶表面子状态下的离子轰击靶表面，并使溅射出的粒子堆积在基片，并使溅射出的粒子堆积在基片上。上。2024/7/422溅射镀膜历史溅溅射射现现象象早早在在1919世世纪纪就就被被发发现现，利利用用溅溅射射在在实实验验室室中中制制得得薄膜。薄膜。6060年代制成集成电路的年代制成集成电路的TaTa膜，开始在工业上应用。膜，开始在工业上应用。19651965年年IBMIBM公公司司研研究究出出射射频频溅溅射射法法，使使绝绝缘缘体体的的溅溅射射镀镀膜膜成为可能。成为可能。近近年年来来发发明明的的新新的的溅溅射射方方法法：二二极极溅溅射射、三三极极（包包括括四四极极）溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射等。溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射等。2024/7/423如如果果在在ArAr中中混混入入反反应应气气体体，如如 OO2 2，N N2 2，CHCH4 4，C C2 2H H2 2等等，可可制制得得靶靶材材的的氧氧化化物物、氮氮化化物物、碳碳化化物物等等化化合合物物薄薄膜膜，称称为为反反应溅射应溅射；在在成成膜膜的的基基片片上上，若若施施加加到到-500V-500V的的电电压压，使使离离子子轰轰击击膜膜层层的同时成膜，使膜层致密，改善膜的性能，这就是的同时成膜，使膜层致密，改善膜的性能，这就是偏压溅射偏压溅射；在在射射频频电电压压作作用用下下，利利用用电电子子和和离离子子运运动动特特性性的的不不同同，在在靶靶的的表表面面上上感感应应出出负负的的直直流流脉脉冲冲，而而产产生生的的溅溅射射现现象象，对对绝绝缘缘体也能进行溅射镀膜，这就是体也能进行溅射镀膜，这就是射频溅射射频溅射。2024/7/4241离子溅射离子溅射现象：离子溅射现象：当当入入射射离离子子的的能能量量在在100eV100eV10keV10keV范范围围时时，离离子子会会从从固固体体表表面面进进入入固固体体的的内内部部，与与构构成成固固体体的的原原子子和和电电子子发发生生碰碰撞撞。固体的原子飞离固体表面。固体的原子飞离固体表面。在在离离子子溅溅射射的的研研究究中中，一一般般把把对对应应一一个个入入射射离离子子所所溅溅射射出出的的中中性性原原子子数数叫叫做做溅溅射射产产额额。显显然然，溅溅射射产产额额与与入入射射离离子子的能量的能量、靶的材质靶的材质、入射角入射角等密切相关。等密切相关。2024/7/425溅射产额与入射离子和靶材的关系入入射射离离子子中中NeNe，ArAr，KrKr，XeXe等等惰惰性性气气体体可可得得到到高高的的溅溅射射产产额额，在在通通常常的的溅溅射射装装置置中中，从从经经济济方方面面考虑多用考虑多用氩气氩气。各各种种靶靶材材的的溅溅射射产产额额随随原原子子序序数数变变化化呈呈周周期期性性改改变变，CuCu，AgAg，AuAu等等溅溅射射产产额额最最高高，TiTi，ZrZr，NbNb，MoMo，HfHf，TaTa，WW等最小。等最小。2024/7/426（1）直流二极溅射 阴极上接阴极上接1 13kV3kV的直流的直流负高压，阳极通常接地。负高压，阳极通常接地。这种装置的最大优点是：这种装置的最大优点是：结构简单，控制方便。结构简单，控制方便。缺点有：缺点有：因工作压力较高膜层有沾因工作压力较高膜层有沾污；污；沉积速率低不能镀沉积速率低不能镀10m10m以上的膜厚；以上的膜厚；由于大量二次电子直接轰由于大量二次电子直接轰击基片使基片温升过高。击基片使基片温升过高。2024/7/427（2）三极和四极溅射 三极溅射是在二极溅射的三极溅射是在二极溅射的装置上附加一个电极，使放装置上附加一个电极，使放出热电子强化放电，它既能出热电子强化放电，它既能使溅射速率有所提高，又能使溅射速率有所提高，又能使溅射工况的控制更为方便。使溅射工况的控制更为方便。四极溅射如图所示：这种四极溅射如图所示：这种溅射方法还是不能抑制由靶溅射方法还是不能抑制由靶产生的高速电子对基片的轰产生的高速电子对基片的轰击，还存在因灯丝具有不纯击，还存在因灯丝具有不纯物而使膜层沾污等问题。物而使膜层沾污等问题。2024/7/428（3）射频溅射 射频是指射频是指无线电波发射范围的频率。无线电波发射范围的频率。为了避免干扰电台工作，溅射专用频率规定为为了避免干扰电台工作，溅射专用频率规定为1313.56MHz56MHz。在在射射频频电电源源交交变变电电场场作作用用下下，气气体体中中的的电电子子随随之之发生振荡，并使发生振荡，并使气体电离为等离子体气体电离为等离子体。2024/7/429射频溅射工作原理射频溅射的两个电极，接在交变的射频电源上，没有阴极射频溅射的两个电极，接在交变的射频电源上，没有阴极与阳极之分。与阳极之分。射频溅射装置的两个电极不是对称的。放置基片的电极与射频溅射装置的两个电极不是对称的。放置基片的电极与机壳相连，并且接地，这个电极相对安装靶材的电极而言，机壳相连，并且接地，这个电极相对安装靶材的电极而言，是一个大面积的电极。它的电位与等离子相近，几乎不受是一个大面积的电极。它的电位与等离子相近，几乎不受离子轰击。离子轰击。另一电极对于等离子体处于负电位，是阴极，受到离子轰另一电极对于等离子体处于负电位，是阴极，受到离子轰击，用于装置靶材。击，用于装置靶材。缺缺点点：大大功功率率的的射射频频电电源源不不仅仅价价高高，对对于于人人身身防防护护也也成成问问题。因此，射频溅射不适于工业生产应用。题。因此，射频溅射不适于工业生产应用。2024/7/430（4）磁控溅射 磁磁控控溅溅射射是是7070年年代代迅迅速速发发展展起起来来的的新新型型溅溅射射技技术术，目目前前已在工业生产中实际应用。已在工业生产中实际应用。磁磁控控溅溅射射的的镀镀膜膜速速率率与与二二极极溅溅射射相相比比提提高高了了一一个个数数量量级。具有高速、低温、低损伤等优点。级。具有高速、低温、低损伤等优点。高速是指沉积速率快；高速是指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低、对膜层的损伤小。低温和低损伤是指基片的温升低、对膜层的损伤小。19741974年年ChapinChapin发发明明了了适适用用于于工工业业应应用用的的平平面面磁磁控控溅溅射射靶靶，对进入生产领域起了推动作用。对进入生产领域起了推动作用。2024/7/431磁控溅射特点在阴极靶面上建立一个在阴极靶面上建立一个环状磁靶，以控制二次环状磁靶，以控制二次电子的运动，离子轰击电子的运动，离子轰击靶面所产生的二次电子靶面所产生的二次电子在阴极暗区被电场加速在阴极暗区被电场加速之后飞向阳极。之后飞向阳极。2024/7/432能能量量较较低低的的二二次次电电子子在在靠靠近近靶靶的的封封闭闭等等离离子子体体中中作作循循环环运运动动，路路程程足足够够长长，每每个个电电子子使使原原子子电电离离的的机机会会增增加加，而而且且只只有有在在电电子子的的能能量量耗耗尽尽以以后后才才能能脱脱离离靶靶表表面面落落在在阳阳极极（基基片）上片）上，这是，这是基片温升低、损伤小基片温升低、损伤小的主要原因。的主要原因。高高密密度度等等离离子子体体被被电电磁磁场场束束缚缚在在靶靶面面附附近近，不不与与基基片片接接触触。这这样样电电离离产产生生的的正正离离子子能能十十分分有有效效地地轰轰击击靶靶面面，基基片片又又免免受受等等离离子子体体的的轰轰击击。电电子子与与气气体体原原子子的的碰碰撞撞几几率率高高，因因此此气体离化率大大增加。气体离化率大大增加。2024/7/433（5）合金膜的镀制 在物理气相沉积的各类技术中，在物理气相沉积的各类技术中，溅射最容易控制溅射最容易控制合金膜的成分合金膜的成分。镀镀制制合合金金膜膜可可以以采采用用多多靶靶共共溅溅射射，这这时时控控制制各各个个磁控靶的溅射参数，可以得到一定成分的磁控靶的溅射参数，可以得到一定成分的合金膜合金膜。如果直接采用如果直接采用合金靶合金靶（单靶）进行溅射，则不必（单靶）进行溅射，则不必采用任何控制措施，就可以得到与靶材成分（相采用任何控制措施，就可以得到与靶材成分（相对一致）的对一致）的合金膜合金膜。2024/7/434（6）化合物膜的镀制化合物膜是指金属元素与氧、氮、硅、碳、硼、硫化合物膜是指金属元素与氧、氮、硅、碳、硼、硫等非金属的化合物所构成的膜层。等非金属的化合物所构成的膜层。化合物膜的镀制可选用化合物膜的镀制可选用化合物靶溅射和反应溅射化合物靶溅射和反应溅射。许许多多化化合合物物是是导导电电材材料料，其其电电导导率率有有的的甚甚至至与与金金属属材材料料相相当当，这这时时可可以以采采用用化化合合物物靶靶进进行行直直流流溅溅射射。对于对于绝缘材料绝缘材料化合物，则只能采用化合物，则只能采用射频溅射射频溅射。2024/7/435大规模镀制化合物膜宜宜采采用用反反应应溅溅射射。这这种种方方法法的的优优点点在在于于不不必必用用化化合合物物靶靶材材，而而是是直直接接用用金金属属靶靶，也也不不必必用用复复杂杂的的射频电源，而是用直流溅射射频电源，而是用直流溅射。反反应应溅溅射射是是在在金金属属靶靶材材进进行行溅溅射射镀镀膜膜的的同同时时，向向真真空空室室内内通通入入反反应应气气体体，金金属属原原子子与与反反应应气气体体在在基片上发生化学反应即可得到化合物膜基片上发生化学反应即可得到化合物膜。2024/7/436（7）离子束溅射 前前述述各各种种方方法法都都是是把把靶靶置置于于等等离离子子体体中中，因因此此膜膜面面都都要要受受到到气气体体和和带带电电粒粒子子的的冲冲击击、膜膜的的性性能能受受等等离离子子体体状状态态的的影影响响很很大大，溅溅射射条条件件也也不不易易严严格格控控制制，例例如如气气体体压压力力、靶靶电电压压、放放电电电电流流等等参参数数都不能独立控制。都不能独立控制。离离子子束束溅溅射射是是采采用用单单独独的的离离子子源源产产生生用用于于轰轰击击靶靶材的离子。材的离子。2024/7/437离子束溅射的优点是是能能够够独独立立控控制制轰轰击击离离子子的的能能量量和和束束流流密密度度，并并且且基基片片不不接接触触等等离离子子体体，这这些些都都有有利利于于控控制制膜膜层层质质量量。此此外外，离离子子束束溅溅射射是是在在真真空空度度比比磁磁控控溅溅射射更更高高的的条条件件下下进进行行的的，这这有有利利于于降降低低膜膜层层中中的的杂杂质质气气体体的的含含量量。2024/7/438离子束镀膜的缺点p镀镀膜膜速速率率太太低低，只只能能达达到到0.010.01 mmminmin左左右右。这这比比磁磁控控溅溅射射低低一一个个数数量量级级，所所以以离离子子束束镀镀膜膜不不适适于于镀镀制制工工件件，也也不不适适于于镀镀制制大大面面积积工工件件。该该缺缺点点限制了离子束溅射在工业生产中的应用。限制了离子束溅射在工业生产中的应用。2024/7/4392溅射的用途 溅溅射射薄薄膜膜按按其其不不同同的的功功能能和和应应用用可可大大致致分分为为机机械械功能膜和物理功能膜两大类。功能膜和物理功能膜两大类。前前者者包包括括耐耐磨磨、减减摩摩、耐耐热热、抗抗蚀蚀等等表表面面强强化化薄薄膜材料、固体润滑薄膜材料；膜材料、固体润滑薄膜材料；后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料等。后者包括电、磁、声、光等功能薄膜材料等。2024/7/440Cr，CrC，CrN等镀层采采用用CrCr，Cr-CrNCr-CrN等等合合金金靶靶或或镶镶嵌嵌靶靶，在在N N2 2，CHCH4 4等等气气氛氛中中进进行行反反应应溅溅射射镀镀膜膜，可可以以在在各各种种工工件件上上镀镀CrCr，CrCCrC，CrNCrN等镀层。等镀层。纯纯CrCr的的显显微微硬硬度度为为425425840HV840HV，CrNCrN为为100010003500HV3500HV，不不仅仅硬硬度度高高且且摩摩擦擦系系数数小小，可可代代替替水水溶溶液液电电镀镀铬铬。电电镀镀会会使使钢钢发发生生氢氢脆脆、速速率率慢慢，而而且且会会产产生生环环境境污污染问题。染问题。2024/7/441TiN，TiC等超硬镀层用用TiNTiN，TiCTiC等等超超硬硬镀镀层层涂涂覆覆刀刀具具、模模具具等等表表面面，摩擦系数小，化学稳定性好，摩擦系数小，化学稳定性好，具具有有优优良良的的耐耐热热、耐耐磨磨、抗抗氧氧化化、耐耐冲冲击击等等性性能能，既既可可以以提提高高刀刀具具、模模具具等等的的工工作作特特性性，又又可可以以提提高使用寿命，高使用寿命，一般可使刀具寿命提高一般可使刀具寿命提高3 31010倍。倍。2024/7/442在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不能用润滑油，只有用件下工作的机械部件不能用润滑油，只有用软软金属或层状物质等固体润滑剂金属或层状物质等固体润滑剂。常用的固体润滑剂有软金属常用的固体润滑剂有软金属(Au(Au，AgAg，PbPb，SnSn等等)，层状物质（，层状物质（MoSMoS2 2，WSWS2 2，石墨，石墨，CaFCaF2 2，云母等），高分子材料（尼龙、聚四氟乙烯等）云母等），高分子材料（尼龙、聚四氟乙烯等）等。其中等。其中溅射法制取溅射法制取MoSMoS2 2膜及聚四氟乙烯膜膜及聚四氟乙烯膜十十分有效。分有效。2024/7/443MoS2膜 可可用用化化学学反反应应镀镀膜膜法法制制作作，但但是是溅溅射射镀镀膜膜法法得得到到的的MoSMoS2 2膜膜致密性好致密性好，附着性优良附着性优良。MoS MoS2 2溅射膜的摩擦系数很低，在溅射膜的摩擦系数很低，在0.020.020.050.05范围内。范围内。MoSMoS2 2在在实实际际应应用用时时有有两两个个问问题题：一一是是对对有有些些基基体体材材料料如如AgAg，CuCu，BeBe等等目目前前还还不不能能涂涂覆覆；二二是是随随湿湿度度增增加加，MoSMoS2 2成成膜膜的的附附着着性性变变差差。在在大大气气中中使使用用要要添添加加SbSb2 2OO3 3等等防防氧氧化化剂，以便在剂，以便在 MoSMoS2 2表面形成一种保护膜。表面形成一种保护膜。2024/7/444固体润滑剂溅溅射射法法可可以以制制取取聚聚四四氟氟乙乙烯烯膜膜。这这种种高高分分子子材材料料薄薄膜膜的的润润滑滑特特性性不不受受环环境境湿湿度度的的影影响响，可可长长期期在在大气环境中使用，是一种很好的固体润滑剂；大气环境中使用，是一种很好的固体润滑剂；MoSMoS2 2、聚聚四四氯氯乙乙烯烯等等溅溅射射膜膜，在在长长时时间间放放置置后后性性能能变变化化不不大大，这这对对长长时时间间备备用用是是较较为为理理想想的的固固体润滑剂。体润滑剂。2024/7/445三、离子镀膜 离离子子镀镀就就是是在在镀镀膜膜的的同同时时，采采用用带带能能离离子子轰轰击击基基片片表表面面和和膜膜层层的的镀镀膜膜技技术术。离离子子轰轰击击的的目目的的在在于于改改善善膜膜层层的的性性能能。离离子子镀镀是是镀镀膜膜与与离离子子轰轰击击改改性性同时进行的镀膜过程。同时进行的镀膜过程。2024/7/446无论是无论是蒸镀还是溅射蒸镀还是溅射都可以发展成为都可以发展成为离子镀离子镀。在在磁磁控控溅溅射射时时，将将基基片片与与真真空空室室绝绝缘缘，再再加加上上数数百百伏伏的的负负偏偏压压，即即有有能能量量为为100eV100eV量量级级的的离离子子向向基片轰击，从而实现离子镀。基片轰击，从而实现离子镀。离离子子镀镀也也可可以以在在蒸蒸镀镀的的基基础础上上实实现现，例例如如在在真真空空室室 内内 通通 入入 1Pa1Pa量量 级级 的的 氩氩 气气 后后，在在 基基 片片 上上 加加 上上1000V1000V以以上上的的负负偏偏压压，即即可可产产生生辉辉光光放放电电，并并有有能能量量为为数数百百电电子子伏伏的的离离子子轰轰击击基基片片，这这就就是是二二极极离子镀。离子镀。2024/7/447对于真空蒸镀、溅射、离子镀三种不同的镀膜技术，对于真空蒸镀、溅射、离子镀三种不同的镀膜技术，入射到基片上的每个沉积粒子所带的能量是不同的。入射到基片上的每个沉积粒子所带的能量是不同的。热蒸镀原子大约热蒸镀原子大约0.2eV0.2eV，溅射原子大约溅射原子大约1-50eV1-50eV，而，而离子镀中轰击离子大概有几百到几千离子镀中轰击离子大概有几百到几千eVeV。2024/7/4481离子镀的原理 离子轰击，确切说应离子轰击，确切说应该既有离子又有原子该既有离子又有原子的粒子轰击。的粒子轰击。粒子中不但有粒子中不但有氩粒子氩粒子，还有还有镀料粒子镀料粒子，在镀膜初期还会有由在镀膜初期还会有由基片表面溅射出来的基片表面溅射出来的基材粒子基材粒子。2024/7/449良好的结合强度良好的结合强度 对对于于以以耐耐磨磨为为目目标标的的超超硬硬膜膜，采采用用离离子子镀镀的的目目的的是是为为了了提提高高膜层与基片（工件）之间的结合强度。其原因：膜层与基片（工件）之间的结合强度。其原因：离子轰击对基片离子轰击对基片表面的清洗作用表面的清洗作用可以可以除去其污染层除去其污染层；离离子子镀镀还还能能形形成成共共混混的的过过渡渡层层，过过渡渡层层是是由由膜膜层层和和基基片片界界面面上的一层由镀料原子与基片原子共同构成的；上的一层由镀料原子与基片原子共同构成的；如如果果离离子子轰轰击击的的热热效效应应足足以以使使界界面面处处产产生生扩扩散散层层，形形成成冶冶金金结合结合，则更有利于提高结合强度。，则更有利于提高结合强度。2024/7/450蒸蒸镀镀的的膜膜层层其其残残余余应应力力为为拉拉应应力力，而而离离子子轰轰击击产产生生压应力压应力，可以抵消一部分拉应力。，可以抵消一部分拉应力。离离子子轰轰击击可可以以提提高高镀镀料料原原子子在在膜膜层层表表面面的的迁迁移移率率，这有利于获得致密的膜层。这有利于获得致密的膜层。如如果果离离子子能能量量过过高高会会使使基基片片温温度度升升高高，使使镀镀料料原原子子向向基基片片内内部部扩扩散散，这这时时获获得得的的就就不不再再是是膜膜层层而而是是渗渗层层，离离子子镀镀就就转转化化为为离离子子渗渗镀镀了了。离离子子渗渗镀镀的的离离子子能量为能量为1000eV1000eV左右。左右。2024/7/451离子镀的缺点 氩氩离离子子的的轰轰击击会会使使膜膜层层中中的的氩氩含含量量升升高高；另外由于另外由于择优溅射会改变膜层的成分择优溅射会改变膜层的成分。2024/7/4522离子镀的类型和特点离离子子镀镀设设备备要要在在真真空空、气气体体放放电电的的条条件件下下完完成成镀镀膜和离子轰击过程。膜和离子轰击过程。离子镀设备要由：离子镀设备要由：真真空空室室、蒸蒸发发源源、高高压压电电源源、离离化化装装置置、放放置置工工件件的阴极等部分组成。的阴极等部分组成。国内外常用的离子镀类型如：国内外常用的离子镀类型如：（1 1）空心阴极离子镀（）空心阴极离子镀（HCDHCD）（2 2）多弧离子镀）多弧离子镀（3 3）离子束辅助沉积）离子束辅助沉积2024/7/453（1）空心阴极离子镀（HCD）HCDHCD法是利用空心热阴极放电产生法是利用空心热阴极放电产生等离子体。等离子体。空心钽管作为阴极，辅助阳极距阴空心钽管作为阴极，辅助阳极距阴极较近，二者作为引燃弧光放电的极较近，二者作为引燃弧光放电的两极。阳极是镀料。两极。阳极是镀料。弧光放电主要在管口部位产生。该弧光放电主要在管口部位产生。该部位在离子轰击下温度高达部位在离子轰击下温度高达2500K2500K左右，于是放射电子使弧光放电得左右，于是放射电子使弧光放电得以维持。以维持。HCDHCD枪引出的电子束初步聚焦后，枪引出的电子束初步聚焦后，在偏转磁场作用下，束直径收缩而在偏转磁场作用下，束直径收缩而聚焦在坩埚上。聚焦在坩埚上。HCDHCD枪既是镀料的气化源也是蒸发枪既是镀料的气化源也是蒸发粒子的离化源。由于带电粒子密度粒子的离化源。由于带电粒子密度大，而且具有大量的高速中性粒子，大，而且具有大量的高速中性粒子，所以离化率较高，实际测量的金属所以离化率较高，实际测量的金属离化率是离化率是20204040 2024/7/454空心阴极离子镀广泛用于镀制高速钢刀具空心阴极离子镀广泛用于镀制高速钢刀具TiNTiN超硬膜。超硬膜。镀镀膜膜时时基基片片所所加加偏偏压压不不高高（202050V50V），可可避避免免刀刀具具刃刃部部受受到离子严重轰击而变钝，或过热而回火软化。到离子严重轰击而变钝，或过热而回火软化。轰轰击击基基片片的的离离子子能能量量为为数数十十电电子子伏伏，这这已已远远超超过过表表面面吸吸附附气气体体的的物物理理吸吸附附能能0.10.1 0.5eV0.5eV，也也超超过过了了化化学学吸吸附附能能1 110eV10eV，因而能起清洗的作用。，因而能起清洗的作用。这这样样的的离离子子能能量量还还可可避避免免膜膜层层因因严严重重溅溅射射而而变变得得粗粗糙糙和和降降低低镀膜速率。镀膜速率。空心阴极离子镀特点2024/7/455（2）多弧离子镀 多弧放电蒸发源是在多弧放电蒸发源是在7070年代由前苏联发展起来的。年代由前苏联发展起来的。美国在美国在19801980年从苏联引进这种技术，至今欧美一年从苏联引进这种技术，至今欧美一些公司都在大力发展多弧离子镀技术。些公司都在大力发展多弧离子镀技术。近十几年来国内引进多台镀制近十几年来国内引进多台镀制TiNTiN超硬膜的设备，超硬膜的设备，其中大多数是多弧离子镀装置。其中大多数是多弧离子镀装置。2024/7/456镀制品种单一的刀具时，多弧离子镀的生产率较高；镀制品种单一的刀具时，多弧离子镀的生产率较高；空心阴极离子镀的特点是适应多品种、小批量的生产。空心阴极离子镀的特点是适应多品种、小批量的生产。2024/7/457多弧离子镀原理图多弧离子镀是采多弧离子镀是采用电弧放电的方法，用电弧放电的方法，在固体的阴极靶材在固体的阴极靶材上直接蒸发金属，上直接蒸发金属，这种装置不需要熔这种装置不需要熔池，其原理如图池，其原理如图 2024/7/458电电弧弧的的引引燃燃是是依依靠靠引引弧弧阳阳极极与与阴阴极极的的触触发发，弧弧光光放放电电仅仅仅仅在靶材表面的一个或几个密集的弧斑处进行。在靶材表面的一个或几个密集的弧斑处进行。弧弧斑斑的的直直径径在在100m100m以以下下，弧弧斑斑的的电电流流密密度度为为10105 510107 7A Acmcm2 2，温度高达，温度高达8000800040000K40000K。弧斑区域内的材料瞬时蒸发并电离，其中还夹杂着液滴。弧斑区域内的材料瞬时蒸发并电离，其中还夹杂着液滴。弧弧斑斑在在阴阴极极靶靶表表面面上上以以每每秒秒几几十十米米的的速速度度作作无无规规则则运运动动，使整个靶面均匀地消耗。使整个靶面均匀地消耗。这这种种冷冷阴阴极极多多弧弧放放电电，依依靠靠弧弧斑斑产产生生的的镀镀料料蒸蒸气气即即可可维维持持，不必通入氩气为工作气体。不必通入氩气为工作气体。2024/7/459弧弧斑斑喷喷出出的的物物质质包包含含有有电电子子、离离子子、原原子子和和液液滴滴。其其中中原原子子只只占占物物质质总总量量的的1 12 2，而而大大部部分分是是离离子子。例例如如铜铜靶靶产生的离子占产生的离子占30%30%4040，钼靶占，钼靶占80809090。阴阴极极材材料料若若是是PbPb，CdCd，ZnZn等等低低熔熔点点金金属属，其其离离子子是是l l2 2价价的的；金金属属的的熔熔点点较较高高，多多价价的的离离子子比比例例就就越越大大，TaTa，WW等等高熔点金属的离子有高熔点金属的离子有5 56 6价的。价的。因因为为离离子子是是多多电电荷荷的的，所所以以虽虽然然电电弧弧放放电电的的电电压压不不高高，而而离子能量可以超过离子能量可以超过100eV100eV。2024/7/460多弧离子镀的特点 多多弧弧离离子子镀镀的的特特点点是是从从阴阴极极直直接接产产生生等等离离子子体体，不用熔池：不用熔池：阴阴极极靶靶可可根根据据工工件件形形状状在在任任意意方方向向布布置置，使使夹夹具具大为简化。大为简化。入射粒子能量高，膜的致密度高，强度好。入射粒子能量高，膜的致密度高，强度好。膜膜基基界界面面产产生生原原子子扩扩散散，结结合合强强度度高高。离离化化率率高高，一一般般可可达达60608080。从从应应用用角角度度讲讲，多多弧弧离离子子镀镀的的突突出出优优点点是是蒸蒸镀镀速速率率快快，TiNTiN膜膜可可达达10101000nm/s1000nm/s。以以喷喷射射蒸蒸发发的的方方式式成成膜膜，可可以以保保证证膜膜层层成成分分与与靶靶材一致。材一致。2024/7/461主要问题 弧弧斑斑喷喷射射的的液液滴滴飞飞溅溅射射到到膜膜层层上上会会使使膜膜层层粗粗糙糙，严严重重时时甚甚至至使使膜膜层层变变成成液液滴滴的的堆堆砌砌，这这类类粗粗糙糙的的膜层，结构疏松，孔隙很多，对耐蚀性极为不利膜层，结构疏松，孔隙很多，对耐蚀性极为不利。2024/7/462（3）离子束辅助沉积这这种种镀镀膜膜技技术术是是在在蒸蒸镀镀的的同同时时，用用离离子子束束轰轰击击基基片，离子束由宽束离子源产生。片，离子束由宽束离子源产生。与与一一般般的的离离子子镀镀相相比比，采采用用单单独独的的离离子子源源产产生生离离子子束束，可可以以精精确确控控制制离离子子的的束束流流密密度度、能能量量和和入入射方向，射方向，而而且且离离子子束束辅辅助助沉沉积积中中，沉沉积积室室的的真真空空度度很很高高，可获得高质量的膜层。可获得高质量的膜层。2024/7/463双离子束镀它是一种将离子注入和常规气相沉积镀膜结合起它是一种将离子注入和常规气相沉积镀膜结合起来的因而兼有两者优点的高新技术。来的因而兼有两者优点的高新技术。它的基本特征是在气相沉积镀膜的同时，用具有它的基本特征是在气相沉积镀膜的同时，用具有一定能量的离子束轰击不断沉积着的物质。一定能量的离子束轰击不断沉积着的物质。由于离子轰击引起沉积膜与基体材料间原子互相由于离子轰击引起沉积膜与基体材料间原子互相混合，界面原子互相渗透溶为一体，形成一个过混合，界面原子互相渗透溶为一体，形成一个过渡层从而大大改善了膜基的结合强度。渡层从而大大改善了膜基的结合强度。2024/7/464双离子束镀低能的离子束1用于轰击靶材，使靶材原子溅射并沉积在基片上。另一个高能的离子束2起轰击（注入）作用。2024/7/465离子束轰击的另一个重要作用是在在室室温温或或近近室室温温下下能能合合成成具具有有良良好好性性能能的的合合金金、化化合合物物或或特特种种膜膜层层，以以满满足足对对材材料料表表面面改改性性的的需需要。要。轰轰击击离离子子既既可可以以是是惰惰性性气气体体原原子子如如XeXe，AIAI，NeNe，HeHe等等，也也可可以以是是反反应应气气体体原原子子如如N N，O O，H H以以及各种有机化合物气体。及各种有机化合物气体。2024/7/466这这种种离离子子束束辅辅助助沉沉积积可可以以看看成成是是物物理理气气相相沉沉积积和离子注入两种技术改造后有机地结合在一起。和离子注入两种技术改造后有机地结合在一起。虽虽然然使使用用的的离离子子能能量量比比一一般般离离子子注注入入低低，不不需需要要加加速速器器这这类类昂昂贵贵的的设设备备，但但是是比比一一般般气气相相沉沉积设备还是要贵得多。积设备还是要贵得多。从从应应用用看看，这这种种技技术术适适用用于于要要求求精精度度高高、耐耐磨磨性性特特别别好好的的工工模模具具上上，例例如如处处理理压压印印纪纪念念币币的的模模具具，对对印印出出的的金金、银银币币要要求求花花纹纹一一致致，且且重重量量也也须须严严格格控控制制，此此时时即即使使以以较较高高的的代代价价来来处处理模具也是合算的。理模具也是合算的。2024/7/4673离子镀的应用 2024/7/4682024/7/469化学气相沉积（CVD）气相沉积过程的基本步骤与物理气相沉积不同：气相沉积过程的基本步骤与物理气相沉积不同：沉积粒子来源于沉积粒子来源于化合物的气相分解反应化合物的气相分解反应。在在相相当当高高的的温温度度下下，混混合合气气体体与与基基体体的的表表面面相相互互作作用用，使使混混合合气气体体中中的的某某些些成成分分分分解解，并并在在基基体体上形成一种金属或化合物的固态薄膜。上形成一种金属或化合物的固态薄膜。2024/7/470通常通常CVDCVD的反应温度范围大约的反应温度范围大约90090020002000，它取决，它取决于沉积物的特性。于沉积物的特性。中温中温CVDCVD（MTCVDMTCVD）的典型反应温度大约）的典型反应温度大约500500800800，它通常是通过金属有机化合物在较低温度的分，它通常是通过金属有机化合物在较低温度的分解来实现的，所以又称金属有机化合物解来实现的，所以又称金属有机化合物CVDCVD（MOCVDMOCVD）。）。等离子体增强等离子体增强CVDCVD（PCVDPCVD），激光），激光CVDCVD（LCVDLCVD）中）中气相化学反应由于等离子体的产生或激光的辐照得以气相化学反应由于等离子体的产生或激光的辐照得以激活也可以把反应温度降低。激活也可以把反应温度降低。2024/7/471HC-PCVD化学气相沉积系统化学气相沉积系统HC-PCVD热阴极直流等离子体化学气相沉积系统热阴极直流等离子体化学气相沉积系统。制备金刚石膜的方法，该方法具有沉积速率高，沉积面积大，膜品质高等突出优点。2024/7/472EA-CVD化学气相沉积系统化学气相沉积系统EA-CVD电子辅助热灯丝化学气相沉积系统电子辅助热灯丝化学气相沉积系统。目前较流行的制备大面积金刚石厚膜方法。2024/7/473磁控与离子束复合溅射系统磁控与离子束复合溅射系统主要用于制备CNx等新型功能薄膜材料，还用于金刚石膜表面金属化，可进行各种金属、化合物的薄膜沉积研究。2024/7/474MW-PCVD化学气相沉积系统化学气相沉积系统MW-PCVD微波等离子体化学气相沉积系统微波等离子体化学气相沉积系统。属于无极放电方法，并且在较低气压下工作，可得到高品质的透明金刚石膜，应用于SOD、场发射等领域。2024/7/475实验室CVD设备（1）2024/7/476实验室CVD设备（2）2024/7/477实验室CVD设备（3）2024/7/478实验室CVD设备（4）2024/7/479CVD技术分类技术分类（历史性发展）（历史性发展）1）从源物质的种类）从源物质的种类卤化物卤化物CVD(60-70 年代）年代）MOCVD （1976年）年）2）从体系操作压力）从体系操作压力 常压（大气压）常压（大气压）CVD LPCVD（高度均匀（高度均匀,PLASMA-CVD)3）从沉积过程能量提供方式）从沉积过程能量提供方式电阻加热热壁电阻加热热壁CVD，冷壁（感应加热）冷壁（感应加热）CVD PLASMA（辅助、增强、激活）（辅助、增强、激活）CVD（PCVD)lPHOTO-CVD Laser（辅助、增强、激活）（辅助、增强、激活）CVD（LCVD)4）从沉积装置结构形式）从沉积装置结构形式开管气流开管气流CVD 封管输运封管输运CVD 桶式桶式CVD 热丝热丝CVD单一混合源单一混合源CVD 液态源液态源CVD2024/7/480CVD的化学反应和特点1 1化学反应化学反应CVDCVD是是通通过过一一个个或或多多个个化化学学反反应应得得以以实实现现的的。下下面是一些反应的例子：面是一些反应的例子：（1 1）热分解或高温分解反应）热分解或高温分解反应2024/7/481（2）还原反应2024/7/482（3）氧化反应（4）分解还原反应2024/7/483镀镀层层的的沉沉积积过过程程中中，包包含含了了上上述述一一种种或或几几种种基基本本反反应应。例例如如，在在沉沉积积难难熔熔的的碳碳化化物物或或氮氮化化物物时时，就就包包括热分解和还原反应，如括热分解和还原反应，如2024/7/4842CVD的特点（1 1）在在中中温温或或高高温温下下，通通过过气气态态的的初初始始化化合合物物之之间间的气相化学反应而沉积固体。的气相化学反应而沉积固体。（2 2）可可以以在在大大气气压压（常常压压）或或者者低低于于大大气气压压下下（低低压）进行沉积。一般来说低压效果要好些。压）进行沉积。一般来说低压效果要好些。（3 3）采采用用等等离离子子和和激激光光辅辅助助技技术术可可以以显显著著地地促促进进化化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。学反应，使沉积可在较低的温度下进行。（4 4）镀镀层层的的化化学学成成分分可可以以改改变变，从从而而获获得得梯梯度度沉沉积积物或者得到混合镀层。物或者得到混合镀层。2024/7/485（5 5）可以控制镀层的密度和纯度。）可以控制镀层的密度和纯度。（6 6）绕绕镀镀性性好好，可可在在复复杂杂形形状状的的基基体体上上以以及及颗颗料料材材料上镀制。料上镀制。（7 7）气气流流条条件件通通常常是是层层流流的的，在在基基体体表表面面形形成成厚厚的的边界层。边界层。（8 8）沉沉积积层层通通常常具具有有柱柱状状晶晶结结构构，不不耐耐弯弯曲曲。但但通通过过各各种种技技术术对对化化学学反反应应进进行行气气相相扰扰动动，可可以以得得到到细细晶粒的等轴沉积层。晶粒的等轴沉积层。（9 9）可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。）可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。2024/7/486 CVD的方法以沉积以沉积TiCTiC为例，为例，CVDCVD法沉积法沉积TiCTiC的装置示意的装置示意图图 2024/7/487其其中中，工工件件1111置置于于氢氢气气保保护护下下，加加热热到到1000100010501050，然然后后以以氢氢气气1010作作载载流流气气体体把把TiClTiCl4 47 7和和CHCH4 4气气1 1带带入入炉炉内内反反应应室室2 2中中，使使TiClTiCl4 4中中的的钛钛与与CHCH4 4中中的的碳碳（以以及及钢钢件件表表面面的的碳碳）化化合合，形形成成碳碳化化钛钛。反应的副产物则被气流带出室外。反应的副产物则被气流带出室外。其沉积反应如下：其沉积反应如下：2024/7/488工艺参数的影响气气体体中中的的氧氧化化性性组组分分（如如微微量量氧氧、水水蒸蒸气气）对对沉沉积积过过程程有有很很大大影影响响。有有氧氧存存在在时时，沉沉积积物物的的晶晶粒粒剧剧烈烈长大长大，并有分层现象产生。，并有分层现象产生。选选用用气气体体不不仅仅纯纯度度要要高高（如如氢氢气气要要求求99.999.9以以上上，TiClTiCl4 4的的纯纯度度要要高高于于99.599.5），而而且且在在通通入入反反应应室室前前必须经过必须经过净化净化，以，以除去其中的氧化性成分除去其中的氧化性成分。2024/7/489沉沉积积过过程程的的温温度度要要控控制制适适当当，若若沉沉积积温温度度过过高高，则则可可使使TiCTiC层层厚厚度度增增加加，但但晶晶粒粒变变粗粗，性性能能较较差差；若若温温度度过过低低，由由TiClTiCl