什么是蒸发镀和溅射镀
在材料表面处理和薄膜制备领域,蒸发镀和溅射镀是两种重要的技术手段,它们各自有着独特的机理、优缺点,并在不同领域发挥着关键作用。
一、蒸发镀
蒸发镀是在高真空环境下,通过加热使镀膜材料(如金属、合金、化合物等)蒸发成气态原子或分子,这些气态粒子在真空中沿直线运动,沉积到基底材料表面,形成一层均匀的薄膜。蒸发源可以是电阻加热、电子束加热、激光加热等。例如,在电阻加热蒸发镀中,将镀膜材料放置在电阻丝制成的蒸发舟中,通过电流加热使材料升温蒸发。
设备简单:蒸发镀设备相对较为简单,成本较低,易于操作和维护。小型实验室或生产企业可以较低成本搭建蒸发镀装置。
薄膜纯度高:在高真空环境下蒸发,可有效减少杂质气体的混入,获得纯度较高的薄膜。这对于一些对薄膜纯度要求极高的应用,如光学镜片镀膜至关重要。
沉积速率快:在合适的加热条件下,镀膜材料能够快速蒸发并沉积在基底上,可在较短时间内获得一定厚度的薄膜,提高生产效率。
膜层附着力较差:由于蒸发粒子的能量较低,与基底表面的相互作用较弱,导致薄膜与基底的附着力相对较差,在一些受力或环境变化较大的情况下,薄膜容易脱落。
台阶覆盖性差:对于具有复杂形状或高深宽比结构的基底,蒸发粒子难以均匀地覆盖到各个部位,在台阶、孔洞等位置容易出现薄膜厚度不均匀的问题。
材料选择性有限:并非所有材料都适合蒸发镀,一些高熔点材料或在蒸发过程中容易发生分解、氧化的材料,难以通过蒸发镀实现镀膜。
二、溅射镀
溅射镀是在低真空环境下,利用高能离子(如氩离子)轰击镀膜材料靶材表面,使靶材原子或分子获得足够能量而逸出,这些逸出的粒子沉积到基底表面形成薄膜。在溅射过程中,离子源产生的离子在电场作用下加速撞击靶材,通过动量传递使靶材原子溅射出来。常见的溅射方法有直流溅射、射频溅射等。
膜层附着力强:溅射粒子具有较高的能量,能够与基底表面发生较强的相互作用,形成化学键合或物理吸附,从而使薄膜与基底具有良好的附着力,适用于对膜层附着力要求较高的应用,如机械零件表面涂层。
台阶覆盖性好:溅射粒子的运动方向具有一定的随机性,能够较好地覆盖复杂形状的基底表面,在台阶、孔洞等位置也能获得较为均匀的薄膜厚度,适用于半导体器件制造等对薄膜均匀性要求高的领域。
材料适应性广:几乎所有的金属、合金、陶瓷、化合物等材料都可以作为溅射靶材,能够满足不同应用对薄膜材料的多样化需求。
设备复杂成本高:溅射镀设备需要配备离子源、真空系统、电源等复杂部件,设备成本较高,维护和操作也相对复杂,对操作人员的技术要求较高。
沉积速率较慢:相比蒸发镀,溅射镀的沉积速率通常较慢,生产效率相对较低,在需要快速制备较厚薄膜的情况下不太适用。
可能引入杂质:在溅射过程中,由于使用气体离子(如氩气),可能会有少量气体原子或其他杂质混入薄膜中,影响薄膜的纯度和性能。
蒸发镀和溅射镀各有优劣,在实际应用中,需要根据具体的需求,如薄膜材料、基底形状、膜层性能要求、生产效率和成本等因素,综合选择合适的镀膜技术。