真空的获得和镀膜(专题实验)

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1、专题实验（二）：真空的获得和镀膜实验真空镀膜，是指在真空中把蒸发源加热蒸发或用加速离子轰击溅射，沉积到基片固体表面形成单层或多层薄膜，使得固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰等许多优于固体材料本身的优越性能。真空镀膜的历史最早可追溯到19世纪，1842年英国的Grove和德国的Plücker相继在气体放电实验的辉光放电壁上观察到了溅射的金属薄膜，这就是真空镀膜的萌芽。但是，真正应用于研究的溅射设备直到1877年才初露端倪。迄后70年中，由于实验条件的限制，对溅射机

2、理的认识长期处于模糊不请状态。所以，在1950年之前有关溅射薄膜特性的技术资料，多数是不可靠的。20世纪中期，只是在化学活性极强的材料、贵金属材料、介质材料和难熔金属材料的薄膜制备工艺中采用溅射技术。1970年后出现了磁控溅射技术，1975年前后商品化的磁控溅射设备供应于世，大大地扩展了溅射技术应用的领域。到了80年代，真空镀膜技术方从实验室应用技术真正地步入实用化大量生产的应用领域。目前，镀膜技术已在现代科学技术和工业生产中有着广泛的应用。例如，光学系统中使用的各种反射膜、增透膜、滤光片、分束镜、偏

3、振镜等；电子器件中使用的薄膜电阻，特别是平面型晶体管和超大规模集成电路也有赖于薄膜技术来制造；在塑料、陶瓷、石膏和玻璃等非金属材料表面镀以金属膜具有良好的美化装饰效果，有些合金膜还起着保护层的作用；磁性薄膜具有记忆功能，在电子计算机中用作存储记录介质而占有重要地位。【实验目的】1．了解真空技术的基本知识；2．掌握低、高真空的获得和测量的基本原理及方法；3．了解真空镀膜的基本知识；4．学习掌握蒸发镀膜的基本原理和方法；5．学习掌握利用椭圆偏振仪测量薄膜厚度。【实验原理】一、真空度与气体压强15压强低于一

4、个标准大气压的稀薄气体空间称为真空。在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减少，分子在一定时间内碰撞于固体表面上的次数亦相对减少，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流小，氧化作用少，气体污染小，汽化点低，高真空的绝缘性能好等诸多优点。真空技术是基本实验技术之一，真空技术在近代尖端科学领域，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，在工业生产中也有着广泛的应用。真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分

5、子数越少，表明真空度越高。由于气体分子密度不易度量，通常真空度用气体压强来表示，压强越低真空度越高。按照国际单位制(SI)，压强单位是牛顿/米2，称为帕斯卡，简称帕（Pa）。真空量度具备以下常用单位换算关系：1标准大气压=760mmHg=760Torr1标准大气压=1.013x105Pa1Torr=133.3Pa按照气体空间的物理特性及真空技术应用特点，我们通常将真空划分为以下几个区域（见表1）：表1真空区域的划分及其特点和应用真空区域粗真空低真空高真空超高真空极高真空范围（Pa）105～103103

6、～10-110-1～10-610-6～10-12<10-12分子密度（cm-3）1019～10171017～10131013～108108～102<102平均自由层（cm）10-5～10-310-3～1010～107107～1012<1012距地高度（Km）14～3030～9090～440440～20000>20000抽气系统机械泵吸附泵机械泵吸附泵扩散泵分子泵分子泵离子泵低温泵测量仪器U型管压差计电阻真空计热偶真空计电离规潘宁规超高真空电离计应用举例真空形成、真空浓缩、真空运输。真空蒸馏、干燥、冷冻

7、，真空焊接。真空镀膜、真空冶金、粒子加速器。表面物理、热核反应、超导技术。二、真空的获得15用来获得真空的设备称为真空泵，真空泵按其工作机理可分为排气型和吸气型两大类。排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构，将被抽容器中的气体压缩到排气口，而将气体排出泵体之外，如机械泵、扩散泵和分子泵等。吸气型真空泵则是在封闭的真空系统中，利用各种表面（吸气剂）吸气的办法将被抽空间的气体分子长期吸着在吸气剂表面上，使被抽容器保持真空，如吸附泵、离子泵和低温泵等。真空泵的主要性能可由下列指标衡量：（1）、极限真空度：无负

8、载（无被抽容器）时泵入口处可达到的最低压强（最高真空度）。（2）、抽气速率：在一定的温度与压力下，单位时间内泵从被抽容器抽出气体的体积，单位（升/秒）。（3）、启动压强：泵能够开始正常工作的最高压强。1.机械泵机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀压缩从而获得真空的泵，机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵。图1.旋片式机械泵结构图2.选片式机械泵工作原理图1是旋片式机械泵的结构示意图，它是由一个定子和一个偏