真空镀膜技术主要涉及用不同的真空镀膜设备和工艺方式，将镀膜材料生成在特定的基材表面，以制备各种具有特定功能的薄膜材料。真空镀膜技术应用领域包括平板显示、半导体、太阳能电池、光磁记录媒体、光学元器件、节能玻璃、LED、工具改性、高档装饰用品等。薄膜材料生长于基板材料（如屏显玻璃、光学玻璃等）之上，一般由金属、非金属、合金或化合物等材料（统称镀膜材料）经过镀膜后形成，具有增透、吸收、截止、分光、反射、滤光、干涉、保护、防水防污、防静电、导电、导磁、绝缘、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、装饰和复合等功能，并能够提高产品质量、环保、节能、延长产品寿命、改善原有性能等。由于薄膜材料就是镀膜材料转真空炉体制造移至基板之后形成的，所以薄膜品质的好坏高低与镀膜材料的品质优劣是直接相关的关系。目前，薄膜材料制备技术主要包括：物理气相沉积（PVD）技术和化学气相沉积（CVD）技术。物理气相沉积（PVD）技术主要包含真空溅射镀膜、真空蒸发镀膜、真空离子镀膜三种方式。

一、真空溅射镀膜，是指利用离子源产生的离子，在真空中经过加速聚集，而形成高速度的离子束流，轰击靶材（镀膜材料）表面，离子和靶材表面原子发生动能交换，使靶材表面的原子离开靶材并沉积在基板材料表面的技术。被离子轰击的对象就是用真空溅射法沉积制备薄膜材料的原材料，被称为溅射靶材。

真空溅射镀膜原理

一般来说，溅射靶材主要由靶坯、背板（或背管）等部分构成，其真空炉体制造中，靶坯是高速离子束流轰击的目标材料，属于溅射靶材的核心部分，在溅射镀膜过程中，靶坯被离子撞击后，其表面原子被溅射飞散出来并沉积于基板上制成薄膜材料。由于溅射靶材需要安装在专用的设备内完成溅射过程，设备内部为高电压、高真空的工作环境，多数靶坯的材质较软或者高脆性，不适合直接安装在设备内使用，因此，需与背板（或背管）绑定， 背板（或背管）主要起到固定溅射靶材的作用，且具备良好的导电、导热性能。

真空溅射薄膜有以下特点：

① 膜厚可控性和重复性好，膜的厚度控制在预定的数值上，称为膜厚的可控性。所需要的膜层厚度可以多次重复性出现，称为膜厚重复性。在真空溅射镀膜中，可以通过控制靶电流来控制膜厚。

② 薄膜与真空炉体制造基片的附着力强，溅射原子能量比蒸发原子能量高1-2个数量级，高能量的溅射原子沉积在基片上进行的能量转换比蒸发原子高得多，产生较高的能量，增强了溅射原子与基片的附着力。

③ 制备合金膜和化合物膜时靶材组分与沉积到基体上的膜材组分极为接近，避免了镀膜材料在转移生成薄膜材料时组分与结构发生变异和不一致性。

④ 也可制备与靶材不同的新物质膜，如果溅射时通入反应性气体，使其与靶材发生化学反应，这样就可以得到与靶材完全不同的新物质膜。

⑤ 膜层纯度高质量好，溅射法制膜装置中没有蒸发法制膜装置中的坩埚构件，所以溅射镀膜中不会混入坩埚加热器材料的成分，纯度更高。

溅射镀膜法的缺点是成膜速度比蒸发镀膜低、基片温度高、易真空炉体制造受杂质气体影响、装置结构比较复杂。

由于溅射镀膜工艺可重复性好、膜厚可控制，可在大面积基板材料上获得厚度均匀的薄膜，所制备的薄膜具有纯度高、致密性好、与基板材料的结合力强等优点，已成为制备薄膜材料的主流技术之一，各种类型的溅射靶材已得到广泛的应用，因此，对溅射靶材这一具有高附加值的功能材料需求正在逐年高速增加，溅射靶材亦已成为目前市场应用量最大的PVD镀膜材料。

二、真空蒸发镀膜，是指在真空条件下，利用膜材加热装置（称为蒸发源）的热能，通过加热蒸发某种物质使其沉积在基板材料表面的一种沉积技术。当蒸发分子的平均自由程大于蒸发源与基片间的线尺寸后，蒸发的粒子从蒸发源表面上逸出，在飞向基片表面过程中很少真空炉体制造受到其他粒子（主要是残余气体分子）的碰撞阻碍，直接到达基片表面上凝结而生成薄膜。被蒸发的物质是用真空蒸发镀膜法沉积薄膜材料的原材料，被称之为蒸镀材料。

真空蒸发镀膜系统一般由三个部分组成：真空室、蒸发源或蒸发加热装置、放置基板及给基板加热装置。在真空中为了蒸发待沉积的材料，需要容器来支撑或盛装蒸发物，同时需要提供蒸发热使蒸发物达到足够高的温度以产生所需的蒸汽压。

真空蒸发镀膜原理

真空蒸发镀膜技术的特点：具有设备简单，操作方便，制成的薄膜纯度高、质量好，厚度可较准确控制，成膜速率快，效率高，薄膜的生长机理比较简单等优点；缺点是不容易获得结晶结构的薄膜；所形成的薄膜在基板上的附着力较小；工艺重复性不够真空炉体制造好等。

三、真空离子镀膜，是指在真空气氛中利用蒸发源或溅射靶使膜材蒸发或溅射，蒸发或溅射出来的一部分粒子在气体放电空间中电离成金属离子，这些粒子在电场作用下沉积到基体上生成薄膜的一种过程。其原理如图3所示。首先将镀膜室压力抽真空至10 -3pa 以下，然后通入工作气体使压力增大至10^0~10^-1pa，接入高压。由于作为阴极的蒸发源接地，基体接入可调节的负偏压，这时电源即可在蒸发源与基体间建立起低压气体放电的低温等离子区；电阻加热式蒸发源通电加热膜材后，从膜材表面上逸出来的中性原子，在向基体迁移的过程中通过等离子体时，一部分原子由于与电子碰撞而电离成正离子；另一部分与工作气体中的离子碰撞交换电真空炉体制造荷后也可生成离子。这些离子在电场作用下被加速而射向接入负电位的基体后，即可生成薄膜。

真空离子镀膜原理

真空离子镀膜具有以下特点：

① 膜/基结合力（附着力）强，膜层不易脱落；②离子镀具有良好的绕射性，从而改善了膜层的覆盖性；③镀层质量高；④沉积速率高，成膜速度快，可制备30微米的厚膜；⑤镀膜所适用的基体材料与膜材均比较广泛。

四、化学气相沉积（CVD），化学气相沉积技术，简称 CVD 技术。它是利用加热、等离子体增强、光辅助等手段在常压或低压条件下使气态物质通过化学反应在基体表面上制成固态薄膜的一种成膜技术。

化学气相沉积CVD 技术具有以下特点：

① 设备的工艺和操作都比较简单、灵活性较强，能制备出配真空炉体制造比各异的单一或复合膜

层和合膜层；

② 化学气相沉积CVD 法适用性广泛；

③ 沉积速率可高达每分钟几微米到数百微米，因此生产效率高；

④ 与PVD法（蒸镀、溅射）相比较，绕射性好，适宜涂覆形状复杂的基体；

⑤ 涂层致密性好；

⑥ 承受放射线辐射后的损伤较低，能与MOS集成电路（一种以金属-氧化物-半导

体场效应晶体管为主要元件构成的集成电路）工艺相融合。

五、小结：真空镀膜技术主要包括物理气相沉积（PVD）技术和化学气相沉积（CVD）技术。上面提到的蒸镀、溅射镀和离子镀等都属于物理气相沉积PVD，其基本原理可概括为：镀料的气化→镀料原子、分子或离子的迁移→镀料原子、分子或离子在基体上沉积重新生成薄膜。化学气真空炉体制造相沉积CVD可概括为：形成挥发性物质→把上述物质转移到沉积区域→ 在固体上产生化学反应并产生固态薄膜物质。