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物理氣相沉積 (PVD)

PVD 是物理氣相沉積的縮寫，PVD是在真空狀態(tài)下材料蒸發(fā)沉積的技術(shù)，真空腔室是必備的條件，以避免蒸發(fā)出的材料和空氣反應(yīng)，PVD涂層用來制備新的、具有額外價(jià)值和特點(diǎn)的產(chǎn)品，如絢麗的色彩、耐磨損能力和降低摩擦。利用物理氣相沉積 (PVD) 工藝，通過冷凝大部分金屬材料并與氣體結(jié)合，如氮，形成涂層。 基體材料是從固態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，并如在電弧工藝中一樣被接受到的熱能電離，或者如在濺射工藝中一樣由動(dòng)能電離。

物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition），通過物理手段將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(等離子體)，在真空空間輸運(yùn)到基體表面并沉積成薄膜的方法，PVD鍍膜技術(shù)主要分為三類，真空蒸發(fā)鍍膜、真空磁控濺射鍍膜和真空離子鍍膜。

濺射是物理氣相沉積技術(shù)的另一種方式，濺射的過程是由離子轟擊靶材表面，使靶材材料被轟擊出來的技術(shù)。惰性氣體，如氬氣，被充入真空腔內(nèi)，通過使用高電壓，產(chǎn)生輝光放電，加速離子到靶材表面，氬離子將靶材材料從表面轟擊（濺射）出來，在靶材前的工件上沉積下來，通常還需要用到其它氣體，如氮?dú)夂鸵胰玻捅粸R射出來的靶材材料發(fā)生反應(yīng)，形成化合物薄膜。濺射技術(shù)可以制備多種涂層，在裝飾涂層上具有很多優(yōu)點(diǎn)（如Ti、Cr、Zr和碳氮化物），因?yàn)槠渲苽涞耐繉臃浅９饣?，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使濺射技術(shù)也廣泛應(yīng)用于汽車市場的摩擦學(xué)領(lǐng)域（例如，CrN、Cr2N及多種類金剛石（DLC）涂層）。高能量離子轟擊靶材，提取原子并將它們轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，利用磁控濺射技術(shù)，可以對(duì)大量材料進(jìn)行濺射。

濺射技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：
+ 靶材采用水冷，減少熱輻射
+ 不需要分解的情況下，幾乎任何金屬材料都可以作為靶材濺射
+ 絕緣材料也可以通過使用射頻或中頻電源濺射
+ 制備氧化物成為可能（反應(yīng)濺射）
+ 良好的涂層均勻性
+ 涂層非常光滑（沒有液滴）
+ 陰極（最大2m長）可以放置在任何位置，提高了設(shè)備設(shè)計(jì)的靈活性

       HIPIMS是高功率脈沖磁控濺射技術(shù)（High power impulse magnetron sputtering）的簡稱，其原理是利用較高的脈沖峰值功率和較低的脈沖占空比來產(chǎn)生高濺射金屬離化率的一種磁控濺射技術(shù)，HIPIMS的峰值功率可以達(dá)到MW級(jí)別，但由于脈沖作用時(shí)間短，其平均功率與普通磁控濺射一樣，這樣陰極不會(huì)因過熱增加靶材冷卻。HIPIMS綜合了磁控濺射低溫沉積、表面光滑、無顆粒缺陷和電弧離子鍍金屬離化率高、膜層結(jié)合力強(qiáng)、涂層致密的優(yōu)點(diǎn)，且離子束流不含大顆粒，在控制涂層微結(jié)構(gòu)的同時(shí)獲得優(yōu)異的膜基結(jié)合力，在降低涂層內(nèi)應(yīng)力及提高膜層致密性、均勻性等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是PVD發(fā)展史上近30年來很重要的一項(xiàng)技術(shù)突破，特別是在硬質(zhì)涂層和功能涂層的應(yīng)用方面有顯著優(yōu)勢(shì)。

圖1  HIPIMS峰值電壓和電流曲線圖

表1  HIPIMS與直流磁控管參數(shù)比較

      HIPIMS中靶材上的高峰值功率脈沖導(dǎo)致等離子體電子密度高達(dá)10₁₉m_-3，這比DCMS濺射法高三個(gè)數(shù)量級(jí)。這些高的等離子體密度促進(jìn)濺射材料的電離，形成電離的濺射材料通量，其中電離分?jǐn)?shù)可達(dá)到90％。離子通量受到電磁力的作用，因此可以控制其方向和能量。通過精確控制，目標(biāo)材料離子通量可用于執(zhí)行基板預(yù)處理以及增強(qiáng)薄膜和器件性能。增強(qiáng)的示例包括增加的膜密度以及膜附著力的顯著改善。

離子鍍膜技術(shù)是PVD技術(shù)的一種，是指在PVD沉積過程中，被鍍材料形成金屬或者非金屬等離子體（如Ti離子，N離子），等離子體在偏壓電場的作用下，沉積在工件表面上。由于離子鍍過程中，離子的能量更強(qiáng)，離子繞射性更好，膜層的結(jié)合力更好，膜層致密性也更好，膜層性能更好。

離子鍍膜技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，常見的有：裝飾性鍍膜，工具模具硬質(zhì)鍍膜以及各種功能膜層。

電弧技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：
+ 高沉積速率(~1-3 μm/h) 
+ 高離化率，形成結(jié)合力好，致密的涂層 
+ 靶材冷卻，涂層工件受熱較少，這樣可以在低于100°C以下沉積 
+ 可以鍍多種成分的金屬，剩余固態(tài)靶材成分不變 
+ 陰極可以放置在任何位置（水平、垂直、上部和下部），設(shè)備設(shè)計(jì)靈活

     第二代增強(qiáng)磁控電弧涂層技術(shù)PMAII獨(dú)有的磁場控制技術(shù)使電弧在靶材整個(gè)表面做快速的移動(dòng)，靶材表面被均勻刻蝕，涂層表面光滑致密，優(yōu)化了涂層結(jié)合力。

技術(shù)特點(diǎn)：

   （1）電磁和永磁復(fù)合磁場驅(qū)動(dòng)。

   （2）提高靶材利用率。

   （3）增強(qiáng)等離子體密度。

   （4）有效抑制“大液體”。

   （5）增大有效鍍區(qū)。

電磁過濾陰極技術(shù)（EFC）

脈沖電磁場與固定磁場復(fù)合在整個(gè)靶材表面掃描使靶材表面被均勻刻蝕，獨(dú)有的電磁電源可以正反方向輸出，控制弧斑在靶面均勻縮放，減少大顆粒的產(chǎn)生，涂層致密光滑。

特點(diǎn)：

• 制備新金屬化合物，或制備氮化物薄膜（氮?dú)夥諊?
• 制備非晶碳，納米鉆石以及碳納米管的納米顆粒
• 用熱電材料靶材制備熱電效應(yīng)薄膜

電子束蒸發(fā)

帶有縱向光束掃描的車身

帶有噴槍的系統(tǒng)，以及用于較厚層的單，多口袋和大容量坩堝的全數(shù)字光束掃掠儀。

帶有坩堝轉(zhuǎn)塔系統(tǒng)的定制電子槍震源，用于特殊應(yīng)用，并延長了震源維護(hù)之間的產(chǎn)品時(shí)間。

離子輔助蒸發(fā)（IAD）

離子源技術(shù)可為光子學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供更低的工藝溫度，更短的工藝時(shí)間以及增強(qiáng)的薄膜性能。

HCEE系列電子束蒸發(fā)光學(xué)鍍膜機(jī)采用先進(jìn)電子槍蒸發(fā)、離子輔助沉積技術(shù)（IAD），可為全球客戶提供用于精密光學(xué)，光電和半導(dǎo)體領(lǐng)域的薄膜沉積和蝕刻。

從介質(zhì)膜系和金屬膜，到TCO膜及其他化合物，都可以按照客戶需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，制備具有優(yōu)異的厚度均勻性以及最嚴(yán)格的光學(xué)，機(jī)械和環(huán)境可靠性能的產(chǎn)品。

HCVAC為您提供完整的解決方案，包括平臺(tái)上的工藝和基板治具，并具有驗(yàn)證的生產(chǎn)可靠性，以及最佳的成本優(yōu)勢(shì)。

      對(duì)大多數(shù)中碳合金結(jié)構(gòu)鋼零件， 其硬度較硬質(zhì)膜低的多，僅沉積幾微米厚的PVD膜層，難以有效地提高其 耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及抗塑性變形能力。鋼鐵滲氮后，在其表面形成氮的化合物和擴(kuò)散層，提高了零件表層硬度。 氮化件較未滲氮件更適合作為PVD膜層的基體。

化學(xué)氣相沉積(CVD)

CVD是一種成熟的技術(shù)，用于沉積各種不同組份和厚度的，甚至可以沉積低至幾個(gè)原子層厚度的。

特點(diǎn)：

• 晶片襯底直接放在電極上, 可加熱至1200?C
• 通過上電極的“噴頭”將氣體注入工藝腔室
• 固/液態(tài)源被應(yīng)用于新工藝中，如MOCVD、氧化鋅CVD等
• 帶預(yù)真空室和自動(dòng)傳送樣品到加熱的工作臺(tái)上，節(jié)省了加熱和冷卻的時(shí)間
• 等離子增強(qiáng)型選項(xiàng)，可用于沉積、材料的等離子輔助轉(zhuǎn)化或功能化，以及腔室清洗
• 在同一腔室內(nèi)可實(shí)現(xiàn)多種工藝

      是等離子體輔助化學(xué)氣相沉積的縮寫，有時(shí)也寫作PECVD，E代表增強(qiáng)的意思。在PVD過程中，涂層材料是從固體形式蒸發(fā)得到；而在PACVD過程中，涂層是從氣體形式得到，氣體，如HMDSO（六甲基二甲硅醚）在等離子體作用下，大約200 oC時(shí)發(fā)生裂解，非反應(yīng)氣體，如氬氣，可以使離子沉積到工件表面并形成很薄的涂層，類金剛石（DLC）涂層就是PACVD技術(shù)制備的很好的例子，通常應(yīng)用于摩擦學(xué)和汽車行業(yè)。

     等離子體輔助化學(xué)氣相沉積 (PACVD) 用于沉積 DLC 涂層， 通過等離子體激發(fā)和電離，激活工藝中的化學(xué)反應(yīng)，借助此工藝，我們可以在約 200 °C 的低溫下使用脈沖輝光或高頻放電進(jìn)行沉積，用 PACVD 生成的類金剛石涂層具有摩擦系數(shù)低和可擴(kuò)展的表面硬度特性。

原子層沉積(ALD)是可以將物質(zhì)以單原子膜形式過循環(huán)反應(yīng)逐層沉積在基底表面，形成對(duì)復(fù)雜形貌的基底表面全覆蓋成膜的方法。原子層沉積與普通的化學(xué)沉積有相似之處，但在原子層沉積過程中，新一層原子膜的化學(xué)反應(yīng)是直接與之前一層相關(guān)聯(lián)，因此該方式每次反應(yīng)只沉積一層原子。在ALD工藝過程中，通過將不同的反應(yīng)前驅(qū)體以氣體脈沖的形式交替送入反應(yīng)室中，因此具有自限制生長的特點(diǎn)，可精確控制薄膜的厚度，制備的薄膜具有均勻的厚度和優(yōu)異的一致性，臺(tái)階覆蓋率高，特別適合深槽結(jié)構(gòu)中的薄膜生長，對(duì)于多維結(jié)構(gòu)體表面精確成膜需求具有不可替代的應(yīng)用。由于ALD設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)高深寬比、極窄溝槽開口的優(yōu)異臺(tái)階覆蓋率及精確薄膜厚度控制，因此在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄膜厚度要求精準(zhǔn)的先進(jìn)邏輯芯片、DRAM和3D NAND制造中，ALD是必不可少的核心設(shè)備之一。

聚焦離子快速蝕刻（FIR 蝕刻）技術(shù)

聚焦離子快速蝕刻可讓您在清潔和蝕刻步驟中提高生產(chǎn)率并提高產(chǎn)品性能，在復(fù)雜幾何形狀上提高蝕刻速率和更好的均勻性。

匯成真空鍍膜設(shè)備雖然設(shè)計(jì)用于涂層沉積，但已經(jīng)具備了清潔和蝕刻所需的功能。氬 (Ar) 離子來自由熱燈絲等離子體源產(chǎn)生的等離子體，可以朝著裝載在腔室中的產(chǎn)品及其周圍加速。這種離子轟擊蝕刻或清潔表面。等離子體源和ARC技術(shù)的結(jié)合使聚焦離子快速蝕刻 (FIR 蝕刻) 成為可能。

特點(diǎn)：

由于更高效和更強(qiáng)大的蝕刻，提高了生產(chǎn)力和性能

增加桌面上的血漿密度

等離子轉(zhuǎn)向提供出色的均勻性

反應(yīng)離子刻蝕（RIE）
RIE是一種操作簡單且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的通用等離子體刻蝕手段。單射頻等離子體源同時(shí)決定了離子密度和能量。

特點(diǎn)

選擇多種類型的刻蝕工藝：

• 化學(xué)刻蝕——各向同性，高速率
• 離子誘導(dǎo)刻蝕——各向異性，中等速率
• 物理刻蝕——各向異性，低速率
• 廣泛應(yīng)用于反向解剖工藝和失效分析中

微波技術(shù)消除偏置電壓的遠(yuǎn)程等離子體源

非導(dǎo)電材料在許多行業(yè)中取得了進(jìn)展，這需要超越傳統(tǒng)的脈沖偏置等離子體激活或生成。

使用微波PACVD技術(shù)，氣體和前驅(qū)體被微波頻率激活以產(chǎn)生等離子體，而不是脈沖偏置。在不需要偏置電壓的情況下，非導(dǎo)電涂層和非導(dǎo)電材料上的涂層成為可能。此外，遠(yuǎn)程微波等離子體發(fā)生器意味著產(chǎn)品負(fù)載對(duì)沉積過程的影響較小，留下更多的工藝參數(shù)，如偏置電壓，可用于調(diào)整涂層特性。

特點(diǎn)：

遠(yuǎn)程等離子體發(fā)生器，因此涂層性能對(duì)腔室中的產(chǎn)品負(fù)載的依賴性較小

可在塑料或玻璃等非導(dǎo)電產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn) DLC 等涂層

可與更廣泛的前體氣體（例如 C2H2、HMDSO和O2）一起使用以制造涂層，例如SiO2

改進(jìn)了工作涂層機(jī)典型的混合負(fù)載產(chǎn)品的工藝可重復(fù)性（對(duì)于DLC）。

系統(tǒng)高度上的均勻等離子體分布

偏置電壓可用于調(diào)整涂層性能

微波技術(shù)為新的蝕刻和活化工藝打開了一扇窗

真空熱處理是真空技術(shù)與熱處理技術(shù)相結(jié)合的新型熱處理技術(shù)，指熱處理工藝的全部和部分在真空狀態(tài)下進(jìn)行的，可以實(shí)現(xiàn)幾乎所有的常規(guī)熱處理所能涉及的熱處理工藝。

與常規(guī)熱處理相比，真空熱處理具有其它熱處理不可比擬優(yōu)點(diǎn)：工件表面不氧化、不脫碳、具有除銹作用； 真空脫氣，使材料表面純度提高，提高材料的疲勞強(qiáng)度、塑性和韌性，提高耐腐蝕性；脫脂作用，除去殘留油脂，提高產(chǎn)品質(zhì)量；淬火變形小，由于真空加熱緩慢，工件內(nèi)外溫差小，熱應(yīng)力?。慌c可控氣氛爐相比，熱效率高，可實(shí)現(xiàn)快速升溫和快速降溫；真空熱處理工藝穩(wěn)定性和重復(fù)性好；能耗小，生產(chǎn)成本低；操作安全，自動(dòng)化程度高；工作環(huán)境好，無污染無公害。

隨著真空熱處理技術(shù)的發(fā)展，真空熱處理技術(shù)已應(yīng)用于淬火、回火、退火、滲碳、滲氮；難熔金屬的退火、除氣、燒結(jié)；粉末冶金的燒結(jié)；釬焊等工藝過程。

真空熱處理技術(shù)是隨著真空熱處理設(shè)備的發(fā)展而發(fā)展，真空熱處理設(shè)備的性能直接影響熱處理工藝、處理工件的質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)確保熱處理設(shè)備的相關(guān)參數(shù)：最高加熱溫、度工作溫度、溫度均勻性、控溫精度；極限真空、工作真空、壓升率；加熱速率、冷卻速率、回填壓力尤為重要。

真空熱處理設(shè)備：真空淬火爐、真空回火爐、真空退火爐、真空滲碳爐、真空滲氮爐、真空燒結(jié)爐、真空釬焊爐等應(yīng)運(yùn)而生，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。