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高純氣體在真空鍍膜（Physical Vapor Deposition, PVD 或 Chemical Vapor Deposition, CVD）過程中扮演關(guān)鍵角色，其應(yīng)用廣泛且對(duì)薄膜性能有顯著影響。以下是高純氣體的主要應(yīng)用場景及其作用：
一、惰性氣體（如氬氣Ar、氮?dú)釴?）
濺射鍍膜（Sputtering）：
高純氬氣（99.999%以上）是磁控濺射中最常用的工作氣體，通過電離產(chǎn)生等離子體，轟擊靶材（如金屬、氧化物）使其原子濺射到基片表面形成薄膜。
氮?dú)庥糜诜磻?yīng)濺射，制備氮化物薄膜（如TiN、AlN），應(yīng)用于硬質(zhì)涂層、工具鍍層等。
離子輔助沉積：
氬離子用于清洗基片表面或轟擊薄膜，提高膜層致密性和附著力。
二、反應(yīng)性氣體（如氧氣O?、乙炔C?H?、甲烷CH?）
反應(yīng)濺射或反應(yīng)蒸發(fā)：
氧氣與金屬靶材反應(yīng)生成氧化物薄膜（如SiO?、TiO?），用于光學(xué)鍍膜、防反射涂層等。
乙炔/甲烷用于制備類金剛石（DLC）或碳化鈦（TiC）等耐磨涂層。
化學(xué)氣相沉積（CVD）：
硅烷（SiH?）與氨氣（NH?）反應(yīng)生成氮化硅（Si?N?），用于半導(dǎo)體絕緣層。
六氟化鎢（WF?）與氫氣（H?）反應(yīng)沉積鎢（W）金屬層。
三、特種氣體（如硅烷SiH?、六氟化硫SF?）
半導(dǎo)體與微電子：
高純硅烷用于沉積多晶硅或非晶硅薄膜（太陽能電池、顯示面板）。
氟化氣體（SF?、CF?）用于等離子體刻蝕或清洗反應(yīng)腔。
超硬涂層：
乙硼烷（B?H?）與氮?dú)夥磻?yīng)制備立方氮化硼（c-BN），用于超硬刀具。
四、氫氣（H?）
還原性氣氛：
在CVD中還原金屬前驅(qū)體（如WO?→W），或去除薄膜中的氧雜質(zhì)。
鈍化處理：
氫等離子體處理可修復(fù)半導(dǎo)體薄膜缺陷（如非晶硅的氫鈍化）。
五、混合氣體
工藝優(yōu)化：
Ar/O?、Ar/N?混合氣體用于調(diào)控反應(yīng)濺射的速率和薄膜化學(xué)計(jì)量比。
H?/He混合氣用于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD），改善薄膜均勻性。
應(yīng)用領(lǐng)域
光學(xué)鍍膜：望遠(yuǎn)鏡、相機(jī)鏡頭（增透膜、反射膜）使用SiO?、MgF?等材料，需高純O?參與反應(yīng)。
半導(dǎo)體器件：
集成電路中的金屬布線（Al、Cu）、介電層（SiO?、Si?N?）依賴CVD或?yàn)R射工藝。
工具與模具涂層：
TiN、CrN等硬質(zhì)涂層提升切削工具壽命，需高純N?或乙炔。
柔性電子與顯示：
OLED顯示中的透明導(dǎo)電膜（ITO）通過濺射沉積，需精確控制O?含量。
新能源：光伏電池的透明導(dǎo)電層（ZnO:Al）或鈍化層（a-Si:H）制備。
高純氣體的重要性
純度要求：雜質(zhì)（如H?O、CO?）會(huì)導(dǎo)致薄膜缺陷（針孔、雜質(zhì)摻雜），影響導(dǎo)電性、光學(xué)性能或附著力。
工藝穩(wěn)定性：氣體流量和純度直接影響沉積速率、薄膜均勻性和重復(fù)性。
高純氣體在真空鍍膜中既是等離子體源（如Ar），又是反應(yīng)物（如O?、N?），或環(huán)境控制介質(zhì)（如H?）。其選擇取決于目標(biāo)薄膜的材料特性（導(dǎo)電、絕緣、光學(xué)、耐磨等），廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光學(xué)、工具涂層等高技術(shù)領(lǐng)域。
