鍍膜技術(shù)的20個概念

一、鍍膜技術(shù)可區(qū)分為那幾類?

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)物理或機械處理

二、常用的真空幫浦有那幾種?適用的抽氣范圍為何?

真空幫浦可分：(1)機械幫浦(2)擴散幫浦(3)渦輪幫浦(4)吸附幫浦(5)吸著幫浦

真空幫浦抽氣范圍：

泵浦抽氣范圍

機械泵浦10-1 ~ 10-4 毫巴

擴散泵浦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)用有那些?

(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，濺射離子的起始動能約在100eV。常用的電漿氣體為氬氣，質(zhì)量適當(dāng)而且沒有化學(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)后形成一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。

(4)電漿蝕刻：濕式堿性蝕刻，這是最簡單而且便宜的方法，它的缺點是堿性蝕刻具晶面方向性，而且會產(chǎn)生下蝕的問題。

(5)電漿噴覆：在高溫下運轉(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那幾種?各具有何特點?

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

各具有的特點：

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

(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。而它的電子的來源有二：高溫金屬產(chǎn)生的熱電子，另一種電子的來源為中空陰極放電。

(4)雷射加熱：激光束可經(jīng)由光學(xué)聚焦在蒸鍍源上，產(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似。常被用來披覆成份復(fù)雜的化合物，鍍膜的品質(zhì)甚佳。它和電子束加熱或濺射的過程有基本上的差異，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)鍍膜密高且附著力佳

五、真空蒸鍍可應(yīng)用在那些產(chǎn)業(yè)?

主要產(chǎn)業(yè)大多應(yīng)用于裝飾、光學(xué)、電性、機械及防蝕方面等，現(xiàn)就比較常見者分述如下：

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)1100OC，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，而且所需厚度剪小，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 太陽電池，可增加其效率。

12.奈米粉末之制造，鍍于冷基板上，使其不附著。

六、TiN 氮化鈦鍍膜具有那些特點?

有以下的優(yōu)點：

(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)分為那五個步驟?

(1)不同成份氣相前置反應(yīng)物由主流氣體進(jìn)來，以擴散機制傳輸基板表面。理想狀況下，前置物在基板上的濃度是零，亦即在基板上立刻反應(yīng)，實際上并非如此。

(2)前置反應(yīng)物吸附在基板上，此時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。

(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，以擴散機制傳輸?shù)街髁鳉庀?，并?jīng)傳送排出。

八、電漿輔助VCD 系統(tǒng)具有何特色?

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(Plasmaenhanced CVD 簡稱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?

優(yōu)點：

(1)真空度要求不高，甚至不須真空，如熱噴覆。

(2)高沉積速率，APCVD 可以達(dá)到1μm/min。

(3)相對于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 甚至可同時鍍數(shù)十芯片。

缺點：

(1)熱力學(xué)及化學(xué)反應(yīng)機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、鉆石材料具有那些優(yōu)點?可應(yīng)用在那些產(chǎn)業(yè)上?

優(yōu)點：硬度高、耐磨性高、低熱脹率、散熱能力良好、防蝕能力加>>>等等可應(yīng)用在：聲學(xué)產(chǎn)品、消費產(chǎn)品、生醫(yī)產(chǎn)品、光學(xué)產(chǎn)品、超級磨料、航天產(chǎn)品、鉆石制造、化學(xué)產(chǎn)品、

電子產(chǎn)品、機械產(chǎn)品。

十一、鉆石薄膜通常可使用那些方法來獲得?

近年來膜狀的鉆石合成技術(shù)突飛猛進(jìn)。鉆石膜的厚度，可自奈米至毫米。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、試說明PVD 法生長鉆石薄膜之特性?

PVD 沉積鉆石時除撞擊區(qū)的少數(shù)原子外，其它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 法乃被歸類為介穩(wěn)定生長鉆石的方法。但在生長鉆石的撞擊區(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)下長出。在這種情況原子不易擴散，生出鉆石的原子排列只是短程有序，但長程排列則含極多缺陷，甚至也含大量雜質(zhì)，故稱為類鉆碳。以PVD 法生長鉆石或DLC 因基材溫度很低，生長速率緩慢，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護膜等。若要生長較厚的鉆石膜，原子必須擴散至晶格內(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、試說明CVD 法生長鉆石薄膜之特性?

為使CVD 的鉆石生長順利，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。所以故煮飯時的煤氣含大量懸浮的單原子鉆石或DLC。甲烷分解時若氫原子可在附近若即若離的伴隨，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同再轉(zhuǎn)化成石墨。

十四、使用CVD 法成長鉆石薄膜，氫元素和碳元素的濃度有何重要性?

CVD 生長鉆石膜的瓶頸乃在避免碳?xì)浠镄纬墒?，因此氫原子?yīng)比碳源多很多。碳源濃度決定了鉆石膜的生長速率，但碳源太高時氫原子會來不及維護鉆石結(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，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，氫原子的濃度也會急遽下降。

十五、何為化學(xué)氣相蒸鍍(CVD)?主要的優(yōu)缺點有那些?

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:

(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)鍍膜的成份多樣化，如金屬、非金屬、半導(dǎo)體、光電材料、鉆石薄膜等等

(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 甚至可以同時鍍數(shù)十芯片

缺點:

(1)熱力學(xué)及化學(xué)反應(yīng)機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、良好的薄膜須具備那些特性?影響的因素有那些?

通俗的定義為在正常狀況下，其應(yīng)用功能不會失效。想要達(dá)到這個目的，一般而言這層薄膜必須具有堅牢的附著力、很低的內(nèi)應(yīng)力、針孔密度很少、夠強的機械性能、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，必須具有那些基本特性?

(1)接口層原子之間須有強的化學(xué)鍵結(jié)，最好是有化合物的形成或化學(xué)吸附，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)沒有容易變形的表結(jié)構(gòu)，如斷層結(jié)構(gòu)，具有機械粗糙的表面是可以減低問題的惡化

(4)沒有長期變質(zhì)的問題，鍍膜曝露在大氣等的外在環(huán)境，如果本身沒生氧化等化學(xué)反應(yīng)，則鍍膜自然

失去其功能

十九、膜厚的量測方法有那些?

大致上可分為原位量測、離位量測兩類

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

離位量測系指鍍膜完成后量測，對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、掃描式電子顯微鏡。

二十、何為物理蒸鍍?試簡述其步驟?

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。

其可分為三個步驟

(1)凝態(tài)的物質(zhì)被加熱揮發(fā)成汽相

(2)蒸汽在具空中移動一段距離至基材

(3)蒸汽在基材上冷卻凝結(jié)成薄膜