为什么溅射原子的能量大于蒸发原子的许多倍_百度知道
为什么溅射原子的能量大于蒸发原子的许多倍
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空镀膜中常用的方法有真空蒸发和离子溅射。“溅射”是指荷能粒子轰击固体表面（靶）。 此外，常称为溅射原子，造价低廉，操作方便。激光加热是利用大功率的激光作为加热源，但由于大功率激光器的造价很高；缺点是不适用于难熔金属和耐高温的介质材料。电子束加热和激光加热则能克服电阻加热的缺点。电子束加热上利用聚焦电子束直接对被轰击材料加热，电子束的动能变成热能。 溅射镀膜与真空蒸发镀膜相比，有许多优点。如任何物质均可以溅射，离子或中性粒子，使材料蒸发；射频溅射是利用射频辉光放电；磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电，目前只能在少数研究性实验室中使用。 溅射技术与真空蒸发技术有所不同，尤其是高熔点，低蒸气压的元素和化合物；溅射膜与基板之间的附着性好；薄膜密度高；膜厚可控制和重复性好等。缺点是设备比较复杂，需要高压装置，使固体原子或分子从表面射出的现象。射出的粒子大多呈原子状态。用于轰击靶的溅射粒子可以是电子，即为离子镀，形成所需要的薄膜。 真空蒸发镀膜最常用的是电阻加热法，其优点是加热源的结构简单，因此大都采用离子作为轰击粒子。溅射过程建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同。直流二极溅射利用的是直流辉光放电；三极溅射是利用热阴极支持的辉光放电，将蒸发法与溅射法相结合。这种方法的优点是得到的膜与基板间有极强的附着力。真空蒸发镀膜是在真空度不低于10-2Pa的环境中，用电阻加热或电子束和激光轰击等方法把要蒸发的材料加热到一定温度，使材料中分子或原子的热振动能量超过表面的束缚能，从而使大量分子或原子蒸发或升华，并直接沉淀在基片上形成薄膜。离子溅射镀膜是利用气体放电产生的正离子在电场的作用下的高速运动轰击作为阴极的靶，使靶材中的原子或分子逸出来而沉淀到被镀工件的表面，因为离子在电场下易于加速获得所需要动能
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多弧离子镀与磁控溅射，蒸发镀之间的区别
三者的区别在于工作原理不同
蒸发镀：通过蒸发镀加热使膜材蒸发。蒸发镀有电阻加热式、电子束加热式、感应加热式。
磁控溅射镀：磁控靶是静止电磁场，磁场为曲线形，以磁场改变电子运动方向，是展于高密度的等离子体异常辉光放电。其特点是溅射能量低，基本温度低。
多弧离子镀：多弧靶是电弧蒸发源，是冷阴极电弧放电型自持自离化的固体蒸发源。其特点是离子能量高，沉积速率高，膜层改密性高，单固性好。
蒸发镀主要做玻璃和塑胶，俺不懂，毛主席老人家说得好，没有调查就没有发言权．在此说说磁控和多弧
磁控能对多种金属进行溅射，膜厚和颜色比较容易控制，膜层颗粒细能满足良好外观要求．沉积时间较长，膜层耐磨性不如多弧．
多弧的优点就是磁控的缺陷，还有就是对有些靶材镀出来外观效果不理想如金，不锈钢等
不过二者结合起来用的也大有人在．
塑胶产品CPC或ABS材料表面装饰性镀膜，若要单固性好些就要采用磁控溅射镀；若要表面光亮
磁控溅射镀膜技术和多弧磁控溅射镀膜技术的区别
磁控溅射镀膜技术
磁控溅射镀膜技术由于其显著的特点已经得到广泛的应用。但是常规磁控溅射靶表面横向磁场紧紧地束缚带电粒子，使得一镀膜区域的离子密度很低，一定程度上削弱了等离子体膜的优势。通过有意识地增强或削弱其中一个磁极的磁通量。使得磁控溅射靶的磁场不平衡，可以大大提高镀区域的等离子体密度，从而改善镀膜质量，此外还讨论该技术目前的发展状况。真空镀膜机
多弧磁控溅射复合离子镀膜技术
多弧磁控溅射复合离子镀膜技术是一种新型的真空离子镀膜技术，它把多弧和磁控溅射两种技术有机地结合在一起，来获得性能更为优异的硬质膜和装饰膜。它的基本原理是：在真空室中利用弧光（或辉光）放电所产生的能量将靶材（钛等金属或合金）直接蒸发（或溅射）离化生成金属离子，并通过电场进行加速与反应气体生成金属化合物，最后沉积在工件表面。与通常的离子镀膜方法相比,除可镀制单一的膜层外（如TiN），还可镀制各种复合多层膜层，乃至纳米叠层膜层，可广泛用于刀刃、模具、钟表、首饰、灯具、建筑五金及装饰用彩色钢板、眼镜架、电子产品、医疗器械、仪器仪表等领域。多弧离子镀膜机
摘要：分别采用磁控溅射（MS）和多弧离子镀（MAIP）技术在TC4钛合金表面制备了TiN膜层，采用划痕仪、显微硬度计和多冲试验机评价了两种方法制备膜层的膜基结合强度及承受静态和动态载荷的能力。采用球一盘磨损试验机评价了膜层的摩擦学性能，利用扫描电镜（SEM）分析了磨痕形态特征，利用轮廓仪测量了磨损体积。结果表明：磁控溅射和多弧离子镀TiN膜层均能显著提高钛合金表面的硬度和承载能力；磁控溅射TiN膜层致密、光滑，有良好的减摩作用，但由于膜层承载能力低和膜基结合强度较差，摩擦因数随磨损行程呈增大变化趋势；多弧离子镀TiN膜层结合强度高，膜层厚，承载能力强，韧性好，同时硬质TiN膜层表面分布的Ti颗粒起到了润滑作用，因而耐磨性能优于磁控溅射TiN膜层。
分别采用磁控溅射和电弧离子镀在抛光后的W18Cr4V高速钢基体表面沉积TiN膜层,利用纳米力学系统、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜进行测试,比较了两种方法所制备的薄膜的异同.结果表明:磁控溅射所制备的薄膜表面平整,但沉积速率和硬度均低于电弧离子镀制备的薄膜
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物理气相淀积
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4）新工艺方法：有郭射宇博士（江苏吴江科技创业园）提出的气流溅射法、德国安铝使用的热熔胶法等，相关图谱如图6所示。由图6可知，
图4a和4b分别为在UV-近红外光谱，刚沉积和经后退火工艺两种情况下的TiO2膜。以上两种情况在可见光区域透射比几乎相同，与后退火无关。O2流量为10～50sccm时，沉积的TiO2膜在可见光区域具有的高透射比约为0．70。
图2为采用GFS法沉积出AZO膜的XRD图,其中,Ar流量为3000 sccm,总气体压强为50 Pa,O2流量为10 ～ 50 sccm.沉积在未加热衬底玻璃上的AZO薄膜厚度在500 ～ 600nm范围内;当衬底加热到200℃,AZO薄膜的厚度在250 ～ 350 nm范围内.当O2流量大于20 sccm时,沉积出AZO膜的XRD图上清晰地出现了一个（001）取向的ZnO峰;
低成本柔性金属薄片上的异质外延氧化铈薄膜的潜在应用领域有固体燃料电池、气体传感器和光学器件等。利用直流反应磁控溅射法在双轴织构NiW合金衬底上进行Zr掺杂氧化铈薄膜的外延生长研究。结果表明，不同Zr掺杂量的薄膜可通过调制Zr靶上的溅射功率获取，所有样品均为C轴垂直于基片表面生长，显示出良好的外延特性。原子力显微镜分析结果表明，样品表面连续、致密、无裂纹。电子背散射衍射图谱显示Zr0.32Ce0.68O1.84 膜具有良好的四重对称面内织构。
金月芽期刊网 20171 真空获得与真空测量 2 热蒸发法制备金属薄膜材料 3 磁控溅射法制备金属薄膜材料 三亿文库
1 真空获得与真空测量 2 热蒸发法制备金属薄膜材料 3 磁控溅射法制备金属薄膜材料
近代物理实验
2、对于油扩散泵，只有在真空室压强小于6.7Pa后，才能开启工作，并且在工作之前需要先预热，在实验结束后，要在关闭电离真空计后立刻关闭高真空阀与油扩散泵； 3、对于冷却水，要先通冷却水，再开始油扩散泵预热，并在实验结束后，等油扩散泵完全冷却后才能停止，在实验中，要保证水循环畅通。
思考题：如何确定热偶真空计两个测量档中哪个对应测量真空室压强，哪个对应测量真空系统的压强？ 答：当油扩散泵未开启以及三通阀打开时，两档测量所得压强应该是一致的。当压强达到6.7Pa以下时，油扩散泵可以工作，那么必须关闭三通阀，打开高真空阀，此时由于油扩散泵的工作，真空室的压强应该是逐渐降低，而真空系统的压强应该是缓慢升高的，可以以此来确定热偶真空计的两档测量档所对应测量的地方。
评阅意见：
5 近代物理实验
实验2 热蒸发法制备金属薄膜材料 实验时间：
；实验地点：福煤实验楼D405
指导老师：吕晶老师
【摘要】本实验采用JCP-350C/DM―240型真空镀膜机进行抽真空实验及镀膜实验。真空镀膜机由抽真空系统、电气系统、镀膜室等组成。要求了解纳米材料制备的方法，掌握蒸发镀膜法，以及成功镀膜。
【关键词】真空获得；真空镀膜 引言
早在1959年，著名科学家Feynman Richard就曾设想，有一天如果能按自己的愿望任意摆布原子的排列，人类就将成为真正意义上的“造物主”。纳米科学的兴起和发展，将使Feynman。梦想最终成为现实。纳米科学技术是20世纪80年代中后期逐渐发展起来的，融介观体系物理、量子力学等现代科学为一体并与超微细加工、计算机、扫描隧道显微镜等先进工程技术相结合的多方位、多学科的新科技。它是在1～100ｎｍ尺度上研究自然界现象中原子、分子行为与规律，以期在深化对客观世界认识的基础上，实现由人类按需要制造出性能独特的产品。纳米科技的出现，无疑是现代科学的重大突破，它在材料科学、凝聚态物理学、机械制造、信息科学、电子技术、生物遗传、高分子化学以及国防和空间技术等众多领域都有着广阔的应用前景，因而对它的研究受到了世界范围的高度重视。纳米科技的研究与发展，无疑将极大地改变人们的思维方式和传统观念，深刻影响国民经济的未来发展。
纳米科技的急速发展已引发了若干新的研究分支，如纳米材料学、纳米物理学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米摩擦学与微加工技术等。 １试验目的： ①了解金属纳米基本知识和制备方法。 ②了解真空镀膜的基本知识。 ③掌握蒸发法镀膜的原理和方法。 ２试验设备： JCP-350磁控溅射/真空镀膜机（机械泵、扩散泵、ZDF-5227B真空计） ３试验原理： 3.1纳米材料的物理自备方法： 纳米材料其实并不神密和新奇，自然界中广泛存在着天然形成的纳米材料，如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就都是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料的实践也已有1000年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料，就是最早的人工纳米材料。另外，中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米SnO2 6 近代物理实验
颗粒构成的薄膜。然而，人们自觉地将纳米微粒作为研究对象，从而用人工方法有意识地获得纳米粒子则是在20世纪60年代。
1963年，Ryozi Uyeda等人用气体蒸发（或“冷凝”）法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。1984年，Gleiter等人[1]用同样的方法制备出了纳米相材料TiO2。值得指出的是，俄罗斯和前苏联的科学家在纳米材料方面也有不少开创性工作[2]，只是由于英文翻译迟等原因而未能在国际上得到应有的关注和肯定。比如Morokhov等人[3]早在1977年就首次制备成功了纳米晶材料并研究其性质。
3.1.1 物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 3.1.2化学方法
(1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。
(2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。
(4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。
(5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。 3.2蒸发镀膜 3.2.1蒸发镀膜原理： 蒸发镀膜是在真空中通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使薄膜材料蒸发成原子或分子，它们随即以较大的自由程作直线运动，碰撞基片表面而凝结，形成薄膜。 要求镀膜室里残余分子的自由程大于蒸发源到基片的距离，保证镀膜的纯净和牢固。 气体分子平均自由程为：
7 近代物理实验
??kT 22??p 此式表明气体分子平均自由程与压强成反比，与温度成正比。对于蒸发源到基片距离为0.15～0.25米的镀膜装置，真空度必须要在10的－2～－4Pa之间才能满足。 蒸发镀膜时，在一定的温度下，薄膜材料单位面积的质量蒸发速率由朗谬尔导出的公式决定 G?4.38?10?7P?M(kg?cm-2?s-1) T 从公式可以看出，材料饱和蒸汽压随温度的上升而迅速增大，所以实验时必须控制好蒸发源温度。蒸发镀膜常用的加热方法时电阻大电流加热，采用钨，钼，铂等高熔点的金属。真空镀膜时，飞抵基片的气化原子或分子，一部分被反射，一部分被蒸发离开，剩下的要么结合在一起，再捕获其他原子或分子，使得自己增大；或者单个原子或分子在基片上自由扩散，逐渐生长，覆盖整个基片，形成镀膜。注意的是基片的清洁度和完整性将影响到镀膜的形成速率和质量。 真空热蒸发镀膜主要包括以下几个物理过程：
① 采用各种形式的热能转换方式，使镀膜材料蒸发或升华，成为具有一定能量（0.1~0.3eV）的气态粒子（原子、分子或原子团）；
②气态粒子通过基本上无碰撞的直线运动方式传输到基片； ③粒子沉积在基片表面上并凝聚成薄膜。
3.2.2蒸发源及蒸发方式： 目前，真空蒸发使用的蒸发源主要有电阻加热、电子加热、高频感应加热、电弧加热和激光加热等五大类。电阻加热采用钨、钼、钽等高熔点金属做成适当形状的蒸发源，或采用石英坩埚等。根据蒸发材料的性质以及蒸发源材料的浸润性等制作成不同的蒸发源形状，常见的蒸发源形状如图3-2-2-1。
图3-2-2-1 几种常见的蒸发源形状示意图 机
8 近代物理实验
基片温度对薄膜结构有较大影响，基片温度高，使吸附原子的动能增大，跨越表面势垒的几率增多，容易结晶化，并使薄膜缺陷减少，同时薄膜内应力也会减少，基片温度低，则易形成无定形结构膜。 从公式可以看出，材料饱和蒸汽压随温度的上升而迅速增大，所以实验时必须控制好蒸发源温度。蒸发镀膜常用的加热方法时电阻大电流加热，采用钨，钼，铂等高熔点的金属。真空镀膜时，飞抵基片的气化原子或分子，一部分被反射，一部分被蒸发离开，剩下的要么结合在一起，再捕获其他原子或分子，使得自己增大；或者单个原子或分子在基片上自由扩散，逐渐生长，覆盖整个基片，形成镀膜。注意的是基片的清洁度和完整性将影响到镀膜的形成速率和质量。 4、 试验内容及步骤： 4.1 准备过程
（1）动手操作前认真学习讲义及有关资料，熟悉镀膜机和有关仪器的结构及功能、操作程序与注意事项。 （2）清洗基片和铝丝。用碱水冲洗，并用无水酒精脱水，最后用棉纱或棉纸包好，放在玻璃皿内备用。 （3）镀膜室的清理与准备。先向钟罩内充气一段时间，然后升钟罩，装好基片、电极钨丝和铝丝，清理镀膜室，降下钟罩。 4.2 抽真空
（1）打开电源开关，打开“机械泵”开关，接通双热偶程控真空计。接通扩散泵冷水。高阀处于“关”的状态，低阀处于“抽系统”位置。观测系统真空度在3Pa以上以后，将低阀切换到“抽钟罩”位置。观测钟罩内真空度在3Pa以上以后。 （2）将低阀置于“抽系统位置”，打开高阀，接通扩散泵开关对扩散泵加热。监测钟罩内真空度。约45min后，当真空度超过4×10-3Pa时，准备镀膜。 4.3 镀膜
（1）当真空度达到5×10Pa以上时打开“蒸发”开关，调节变压器，逐渐加大电流（小于12A）使铝丝预熔（钟罩内真空度同时下降）。 （3）当钟罩内真空度恢复到5×10Pa以上时，再加大蒸发电流（20A），此时从观察窗中可以看到铝丝逐渐熔化缩成液体小球，然后迅速蒸发，基片上便附着了一层铝膜。 -3-34.4 结束
调节变压器使蒸发电流为0，关高阀，关扩散泵开关，低阀仍处于“抽系统位置”，过5分钟开“充气”，充气完毕后打开钟罩，取出镀件。清理镀膜室， 扣下钟罩。60min后停机械泵，关总电源，关闭扩散泵冷却水。 5、 试验分析讨论 （1）蒸发过程中的真空条件 真空容器内蒸汽分子的平均自由程大于蒸发源与基片的距离 （称蒸距）时， 就会获得充分的真空条件。为此， 增加残余气体的平均自由程， 借以减少蒸汽分子与残余气体分子 9
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