4《真空镀膜技术》实验指导书(全)

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1、《真空镀膜技术与设备》指导书课程编号：02210131课程名称：真空镀膜技术与设备实验一真空蒸法镀膜实验一、实验目的与要求1）进一步掌握真空蒸发镀膜机结构特点；2）进一步掌握真空蒸发镀膜物理过程；3）初步掌握真空蒸发镀膜操作技术；4）了解影响真空蒸发镀膜厚的因素。二、实验设备与工具1）CCD-500BD超高真空镀膜机一台，真空系统见示意图１；图1.CCD-500BD镀膜机真空系统示意图1-真空蒸发器；2-超高真空阀；3-液氮冷阱；4-复合式钛泵；5-油扩散泵阀；6-水冷却挡板；7-油扩散泵；8-

2、高真空硅管；9-真空管道阀门；10-机械泵2）原材料：丙酮、NaOH、钨丝Φ1~15ｍｍ、铝丝、银丝、玻璃片、镊子等。三、实验原理　　某物质在封闭空间中，温度为T[K]时的饱和蒸汽压Pv为　　（1）式中：——汽化潜热；——常数；——气体常数；——绝对温度。当饱和蒸汽压为18Pa时，该物质的温度就称为该物质的蒸发温度。当物质被加热至蒸发温度时，该物质就会以一定的蒸发速率不断地向空间蒸发，同时蒸发出的原子（或分子）也以一定的速率凝结回到原物质上。在压力为Ｐ的真空中，单位时间因蒸发而离开单位固体表面的

3、质量蒸发速率为（2）式中：——单位时间蒸发离开固体表面的质量蒸发速率，——克分子质量，——凝结系数。在压力小于10－３Pa真空环境中因PＶ>>P，蒸发出的分子中相互碰撞和返回蒸发源的分子是可以忽略的，即蒸发出的分子全部凝聚在蒸着面上，其质量蒸发速率为（3）由于基片表面的温度低于蒸发的气相分子的临界温度，所以气相分子到达基片表面就会产生吸附和凝聚，即形核。随着后续膜材原子的到达，形成的核将不断长大，并相互连结形成薄膜。为了在基片表面上形成几百Ａ～几微米厚的薄膜，必须将蒸发材料加热至蒸发温度。常用的

4、加热方法有电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热、激光加热等加热方式。本实验采用最常用、最方便的电阻加热法。四、试验操作与步骤1）首先熟悉真空系统结构和操作程序；2）将清洗干净并被烘干的蒸发电阻加热器安装到位；3）将清洗干净和烘干的铝丝或银丝，玻璃片安装好；4）关好真空钟罩，开启机械泵１５分钟后，测量真空度大于４Pa，接通扩散泵冷却水，开启油扩散泵，当真空度1×10－２～5×10－３就可以进行真空蒸发实验；5）打开蒸发电源，逐步加高真空电阻丝或银丝加热电压，并从观察窗观看蒸发铝丝或银丝是否

5、溶化，当铝丝溶化后形成铝球，应立即停止升压，这是铝开始大量蒸发，打开挡板，大量铝原子被蒸发到玻璃板上，时间控制在30ｓ～120ｓ之间；6）用同样的方法进行蒸银实验。7）待钟罩冷却后，钟罩放大气，取出被蒸玻璃样品，并观察其结果。8）先关去扩散泵电源，（一般不能小于30分钟）待泵冷却后，再关掉扩散泵冷却水和机械电源，同时放大气。五、实验报告1）真空蒸发式镀膜的原理2）画出真空系统示意图3）写明操作步骤4）蒸发源及蒸发材料5）实验结果及其分析六、思考题1）真空度对蒸镀有何影响？为什么压力较高时无法镀膜

6、？2）蒸发镀膜可以采用哪几种蒸发源？各有哪些优缺点？实验二磁控溅射镀膜实验一、实验目的与要求1）了解磁控溅射镀膜机结构特点；2）进一步理解真空磁控溅射镀膜的物理过程；3）初步掌握真空磁控溅射镀膜操作过程；4）能够分析各工艺参数对磁控溅射镀膜过程的影响。二、实验设备与工具1）JGP450型超高真空磁控溅射镀膜机一台，其原理图如下：图2.JGP450型超高真空磁控溅射镀膜机原理图2）工作气体源（氮气、氩气等）；3）用于基片清洗的丙酮、NaOH溶液，及超声波清洗装置；4）玻璃基片、铝靶、钛靶。三、实验

7、原理溅射镀膜是利用气体放电产生的正离子在电场的作用下高速轰击阴极靶材，使靶材中的原子（或分子）逸出而沉积在被镀工件的表面，形成所需要的薄膜的过程。磁控溅射镀膜是溅射镀膜方法的一种。该方法在阴极靶材表面上方建立一个正交电磁场，溅射所产生的二次电子在阴极位降区被加速为高能电子。这些电子在电场和磁场的联合作用下作近似摆线的运动。在运动中高能电子不断和气体分子碰撞，并向气体分子传递能量，使之离化成为离子。和气体分子碰撞后的电子能量降低，逐渐为辅助阳极所吸收，从而避免了某些溅射方法中电子对于工件的轰击作用

8、。碰撞产生的低能离子在电场加速作用下，会对阴极靶材进行轰击，产生溅射效应。由于电磁场对于电子的约束作用，磁控溅射具有“低温”、“高速”等特点，被广泛地用于制备各种功能薄膜材料。四、实验步骤1）熟悉JDP450型超高真空磁控溅射设备的结构和操作程序；2）基片清洗与安装、靶材的安装；3）检查水路、电路、气路是否正常；4）检查分子泵、机械泵和各阀门状态；4）关好真空钟罩，启动设备总电源。开启机械泵对镀膜室进行抽气，当压力降到20Pa以后，开启分子泵；5）当镀膜室压力满足要求后，通入工作气体；6）开启溅