論述物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積的優(yōu)缺點(diǎn)

1、物理氣相沉積技術(shù)表示在真空條件下，采用物理方法，將材料源一一固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子， 并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。物理氣相沉積的主要方法有，真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜，及分子束外延等。發(fā)展到目前，物理氣相沉積技術(shù)不僅可沉積金屬膜、合金膜、還可以沉積化合物、陶瓷、半導(dǎo)體、聚合物膜等。真空蒸鍍基本原理是在真空條件下， 使金屬、金屬合金或化合物蒸發(fā)， 然后沉積在基體 表面上，蒸發(fā)的方法常用電阻加熱， 高頻感應(yīng)加熱，電子柬、激光束、離子束高能轟擊鍍料， 使蒸發(fā)成氣相，然后沉積在基體表面，歷史上，真空蒸鍍是P

2、VD法中使用最早的技術(shù)。濺射鍍膜基本原理是充僦（Ar）氣的真空條件下，使僦氣進(jìn)行輝光放電， 這時僦（Ar）原子 電離成僦離子（Ar+）,僦離子在電場力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會被濺射出來而沉積到工件表面。如果采用直流輝光放電，稱直流（Qc）濺射，射頻（RF）輝光放電引起的稱射頻濺射。 磁控（M）輝光放電引起的稱磁控濺射。電弧等離子體鍍膜基本原理是在真空條件下，用引弧針引弧，使真空金壁（陽極）和鍍材（陰極）之間進(jìn)行弧光放電， 陰極表 面快速移動著多個陰極弧斑，不斷迅速蒸發(fā)甚至“異華”鍍料，使之電離成以鍍料為主要成分的電弧等離子體，并能迅速將鍍料沉積于基體。因?yàn)橛卸嗷“?，所以?/p>

3、稱多弧蒸發(fā)離化過程。離子鍍基本原理是在真空條件下， 采用某種等離子體電離技術(shù)，使鍍料原子部分電離成 離子，同時產(chǎn)生許多高能量的中性原子， 在被鍍基體上加負(fù)偏壓。 這樣在深度負(fù)偏壓的作用 下，離子沉積于基體表面形成薄膜。物理氣相沉積技術(shù)基本原理可分三個工藝步驟：（1）鍍料的氣化：即使鍍料蒸發(fā)，異華或被濺射，也就是通過鍍料的氣化源。（2）鍍料原子、分子或離子的遷移：由氣化源供出原子、分子或離子經(jīng)過碰撞后，產(chǎn)生 多種反應(yīng)。（3）鍍料原子、分子或離子在基體上沉積。物理氣相沉積技術(shù)工藝過程簡單，對環(huán)境改善，無污染，耗材少，成膜均勻致密，與基 體的結(jié)合力強(qiáng)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、光學(xué)、機(jī)械、建筑

4、、輕工、冶金、材料 等領(lǐng)域，可制備具有耐磨、耐腐飾、裝飾、導(dǎo)電、絕緣、光導(dǎo)、壓電、磁性、潤滑、超導(dǎo)等特性的膜層。隨著高科技及新興工業(yè)發(fā)展， 物理氣相沉積技術(shù)出現(xiàn)了不少新的先進(jìn)的亮點(diǎn)，如多弧離子鍍與磁控濺射兼容技術(shù)，大型矩形長弧靶和濺射靶，非平衡磁控濺射靶，攣生靶技術(shù)，帶狀泡沫多弧沉積卷繞鍍層技術(shù)， 條狀纖維織物卷繞鍍層技術(shù)等， 使用的鍍層成套設(shè)備， 向計 算機(jī)全自動，大型化工業(yè)規(guī)模方向發(fā)展?；瘜W(xué)氣相沉積是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程?，F(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)需要使用大量功能各異的無機(jī)新材料，這些功能

5、材料必須是高純的，或者是在高純材料中有意地?fù)饺四撤N雜質(zhì)形成的摻雜材料。但是，我們過去所熟悉的許多制備方法如高溫熔煉、水溶液中沉淀和結(jié)晶等往往難以滿足這些要求，也難以保證得到高純度的產(chǎn)品。因此,無機(jī)新材料的合成就成為現(xiàn)代材料科學(xué)中的主要課題?；瘜W(xué)氣相沉積是近幾十年發(fā)展起來的制備無機(jī)材料的新技術(shù)?；瘜W(xué)氣相淀積法已經(jīng)廣泛用于提純物質(zhì)、研制新晶體、淀積各種單晶、多晶或玻璃態(tài)無機(jī)薄膜材料。這些材料可以是 氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是 III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元 素間化合物，而且它們的物理功能可以通過氣相摻雜的淀積過程精確控制。目前，化學(xué)氣相淀積已成為無機(jī)合成化學(xué)的

6、一個新領(lǐng)域。它的特點(diǎn)是：1）在中溫或高溫下，通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學(xué)反應(yīng)而形成固體物質(zhì)沉積在 基體上。2）可以在常壓或者真空條件下 （負(fù)壓“進(jìn)行沉積、通常真空沉積膜層質(zhì)量較好）。3）采用等離子和激光輔助技術(shù)可以顯著地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使沉積可在較低的溫度下進(jìn) 行。4）涂層的化學(xué)成分可以隨氣相組成的改變而變化，從而獲得梯度沉積物或者得到混合鍍層。5）可以控制涂層的密度和涂層純度。6）繞鍍件好?？稍趶?fù)雜形狀的基體上以及顆粒材料上鍍膜。適合涂覆各種復(fù)雜形狀的工件。由于它的繞鍍性能好，所以可涂覆帶有槽、溝、孔，甚至是盲孔的工件。7）沉積層通常具有柱狀晶體結(jié)構(gòu)，不耐彎曲，但可通過各種技術(shù)對化學(xué)反應(yīng)

7、進(jìn)行氣相擾 動，以改善其結(jié)構(gòu)。8)可以通過各種反應(yīng)形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物涂層。化學(xué)氣相沉積所用的反應(yīng)體系必須滿足以下三個條件：(1)在沉積溫度下，反應(yīng)物必須有足夠高的蒸汽壓。假如反應(yīng)物在室溫下全部為氣態(tài)，沉積裝置就比較簡單；假如反應(yīng)物在室溫下?lián)]發(fā)性很小，就需要對其加熱，使其揮發(fā)，而且一般還要用運(yùn)載氣體把它帶入反應(yīng)室，這樣反應(yīng)源到反應(yīng)室的管道也需要加熱，以防止反應(yīng)氣體在管道中冷凝下來。(2)反應(yīng)的生成物，除了所需要的沉積物為固態(tài)薄膜外，其余都必須是氣態(tài)。(3)沉積薄膜的蒸汽壓應(yīng)足夠低，以保證在整個沉積反應(yīng)過程中，沉積的薄膜能維持在具有一定溫度的基體上?；w材料在沉積溫度下的蒸汽壓也必須足夠低?；瘜W(xué)氣相沉積的優(yōu)點(diǎn)：(1)沉積成膜裝置簡單；(2)與直接蒸發(fā)法相比，可在大大低于其熔點(diǎn)或分解溫度的沉積溫度下制造耐熔金屬和各種碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和氧化物薄膜；(3)成膜所需的反應(yīng)源材料一般比較容易獲得，而且制備通一種薄膜可以選用不同的化學(xué)反應(yīng)；有意識的改變和調(diào)節(jié)反應(yīng)物的成分，又能方便的控制薄膜的成分和特性，因此靈活性較大；(4)特別適用于在形狀復(fù)雜的零件表面和內(nèi)孔鍍膜。化學(xué)氣相沉積的缺點(diǎn)：(1)沉積速率不太高，一般在幾幾百 nm/min,不如蒸發(fā)和離子鍍，甚至低于濺射鍍膜；(2)在不少場合下，參加沉積的反應(yīng)源和反應(yīng)后的余氣易燃