鍍膜儀
鍍膜儀是一類用于在材料表面制備薄膜（膜層）的設備，通過物理、化學或物理化學方法，將靶材（或源材料）沉積到基片（如玻璃、金屬、半導體、塑料等）表面，形成具有特定功能（如光學、電學、力學、裝飾等）的薄膜。其應用覆蓋半導體、光學、電子、新能源、航空航天等多個領域，是材料表面改性和功能化的核心設備之一。
一、鍍膜儀的分類（按鍍膜原理）
根據薄膜沉積的核心原理，鍍膜儀可分為物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD） 兩大類，其中 PVD 應用最廣泛，細分類型也最多。
1. 物理氣相沉積（PVD）鍍膜儀
通過物理過程（如蒸發、濺射、離子轟擊等）將靶材原子 / 分子從固態 / 液態直接轉移到基片表面，形成薄膜，整個過程不發生化學反應（或僅伴隨少量化學反應）。常見類型包括：
? 真空蒸發鍍膜儀
原理：在高真空環境中，通過加熱（電阻加熱、電子束加熱、激光加熱等）使靶材蒸發為氣態原子 / 分子，隨后氣態粒子在基片表面冷卻、凝結，形成薄膜。
特點：設備結構簡單、成本低，適合沉積熔點較低的金屬（如鋁、金）、氧化物（如 SiO?）等；但膜層均勻性較差，附著力較弱。
典型應用：光學鏡片增透膜、塑料裝飾鍍膜（如手機殼金色鍍層）、包裝材料鍍膜（如鋁箔）。
? 磁控濺射鍍膜儀
原理：在真空室中通入惰性氣體（如 Ar），通過高壓電場使氣體電離形成等離子體；等離子體中的正離子（如 Ar?）在電場加速下轟擊靶材表面，使靶材原子被 “濺射” 出來，沉積到基片表面形成薄膜。同時，通過磁場約束電子運動，增加等離子體密度，提高鍍膜速率。
特點：膜層附著力強、均勻性好，可沉積高熔點材料（如鎢、鈦）、合金、化合物（如 ITO、Si?N?）；適用基片范圍廣（金屬、非金屬均可）。
典型應用：半導體芯片金屬布線（如 Cu、Al 膜）、顯示屏 ITO 導電膜、工具耐磨涂層（如 TiN）。
? 離子鍍鍍膜儀
原理：結合真空蒸發和離子轟擊的特點，在蒸發過程中，通過輝光放電使蒸發的氣態粒子電離為離子，離子在電場作用下高速轟擊基片表面，增強膜層與基片的結合力。
特點：膜層附著力極強、致密度高，適合對膜層強度要求高的場景；但設備復雜度高、成本高。
典型應用：航空發動機葉片耐磨涂層、刀具超硬涂層（如 CrN）。
? 分子束外延（MBE）鍍膜儀
原理：在超高真空（10??~10?1? Pa）環境中，將靶材加熱產生分子束（原子 / 分子流），分子束定向噴射到基片表面，通過精確控制溫度、速率等參數，實現原子級有序生長（單晶薄膜）。
特點：薄膜純度極高、厚度可控（精度達 0.1nm），可制備超晶格、量子阱等復雜結構；但設備昂貴、效率低。
典型應用：半導體量子器件（如激光器、紅外探測器）、高溫超導薄膜。
2. 化學氣相沉積（CVD）鍍膜儀
通過氣態前驅體（如氣體、蒸汽）在基片表面發生化學反應（分解、化合等），生成固態薄膜并沉積在基片上。
特點：可沉積大面積、復雜形狀的基片，膜層與基片結合緊密，適合制備陶瓷、半導體等材料；但可能產生有毒副產物，需處理廢氣。
常見類型：
? 常壓 CVD（APCVD）：在常壓下反應，設備簡單但膜層均勻性差；
? 低壓 CVD（LPCVD）：在低壓（1~100Pa）下反應，膜層均勻性好，適合批量生產；
? 等離子體增強 CVD（PECVD）：利用等離子體激活化學反應，降低反應溫度（可在室溫～300℃進行），適合塑料等不耐高溫基片。
典型應用：半導體芯片氧化層（SiO?）、氮化硅（Si?N?）鈍化膜、太陽能電池減反射膜、金剛石薄膜涂層。
二、鍍膜儀的核心結構
無論哪種類型，鍍膜儀的核心結構通常包括以下部分：
結構模塊 | 作用 |
真空系統 | 提供高真空環境（避免氣態雜質污染膜層、減少粒子碰撞），包括真空泵（機械泵、分子泵、離子泵）、真空閥門、真空計（電離規、 Pirani 規）等。 |
沉積源 / 靶材系統 | 提供薄膜材料的 “源”：如蒸發源（電阻絲、電子槍）、濺射靶（金屬靶、陶瓷靶）、CVD 前驅體氣瓶等。 |
基片架 / 樣品臺 | 固定基片，可加熱（控制基片溫度，影響膜層結晶性）、旋轉（提高膜層均勻性）。 |
控制系統 | 控制真空度、溫度、沉積速率、時間等參數，通常通過 PLC 或計算機實現自動化操作。 |
氣體控制系統 | （針對濺射、CVD）精確控制惰性氣體（如 Ar）、反應氣體（如 O?、N?）的流量和比例，通過質量流量計（MFC）實現。 |
三、鍍膜儀的關鍵參數
選擇或評估鍍膜儀時，需關注以下核心參數：
? 真空度：決定膜層純度（真空度越高，雜質越少），PVD 通常需 10?3~10?? Pa，MBE 需 10?1? Pa 以上；
? 膜層厚度范圍：常見為納米級（1nm~10μm），部分設備可制備微米級厚膜；
? 沉積速率：單位時間內沉積的膜厚（如 nm/min），影響生產效率；
? 膜層均勻性：同一基片或批量基片上膜厚的偏差（通常要求 ±5% 以內）；
? 基片尺寸：可處理的最大基片尺寸（如直徑 50mm~1m，或更大面積）；
? 靶材兼容性：可沉積的材料類型（金屬、合金、氧化物、氮化物等）。
四、應用領域
鍍膜儀的應用幾乎覆蓋所有需要 “表面功能化” 的場景，典型領域包括：
? 光學領域：制備增透膜（減少鏡片反射）、高反膜（如激光反射鏡）、濾光片（如相機鏡頭）、偏振片等；
? 電子 / 半導體領域：芯片金屬布線（Cu、Al 膜）、絕緣層（SiO?）、導電膜（ITO）、傳感器敏感膜；
? 工具 / 模具領域：制備耐磨涂層（TiN、CrN）、潤滑涂層（類金剛石膜 DLC），延長工具壽命；
? 裝飾領域：塑料、金屬表面鍍仿金、銀色等裝飾膜（如首飾、汽車輪轂）；
? 新能源領域：太陽能電池減反射膜、鋰電池電極保護膜、氫燃料電池質子交換膜；
? 航空航天領域：高溫抗氧化涂層（如發動機葉片）、防腐蝕涂層（機身）。
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