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时间:2020-03-19
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1、高真空的获得、测量与镀膜实验一、实验目的:1.了解真空技术的基本知识,以真空镀膜机为例,掌握高真空的获得与测量的基本原理及方法。2.学习掌握在玻璃基片上溅镀单层高反射金属膜的原理和操作方法。3.了解利用干涉法测量薄膜厚度的基本方法。二、实验仪器:JGP560B1型超高真空多功能磁控溅射镀膜实验系统设备一套(包括机械泵、分子泵、热耦真空计和电离真空计等)。三、实验原理:真空是指低于1个大气压的气体空间。真空容器中的真空度是用气体的压强表示,真空度愈高,气体压强愈低,气体分子愈稀少。(真空的划分区域见讲义
2、P.155)真空技术被广泛用于工业生产、科学实验和近代尖端技术中,是高新技术领域中的关键手段之一。本实验采用JGP560B1型超高真空多功能磁控溅射镀膜设备,它包括下述三大部分:1.真空的获得(真空系统)本实验高真空获得分两步实现。首先由机械泵通过不断改变泵内吸气空腔的容积而赶走气体的方法,把系统的真空度从大气压开始抽到20Pa左右的低真空;在此基础上,启动分子泵使其开始工作,涡轮分子泵利用高速旋转的转子碰撞气体分子并把它们驱向出气口,再由机械抽除,从而使被抽系统进一步获得10-4∽10-5Pa的高真
3、空。2.真空的测量测量真空度的装置称为真空计或真空规.先利用热耦真空计测量低真空,当热偶真空计达满度即10-1Pa后,再利用电离真空计(DL-7程控真空计)监测高真空,其测量范围为10-1--10-6Pa。3.真空镀膜真空镀膜就是在高真空条件下,使固体表面淀积上一层金属或介质的薄膜。真空镀膜的方法常用的有两种:真空蒸发法和溅射法。本实验采用磁控溅射法镀膜。镀膜室内装有磁控靶。当真空度达到约10-4Pa,再充入氩气达到3Pa左右,接通电源,使稀薄气体发生辉光放电,产生大量离子,这些离子撞击靶面,将靶材原
4、子溅出穿过工作空间而淀积在玻璃基片上形成薄膜。四、实验内容与步骤:1.熟悉镀膜机的结构和仪器的操作规程(详细见讲义末页)严格按照操作规程操作。清洗好基片。2.放入样品(1).检查系统所有的阀门和电源开关,让其全部处于关闭状态。(2).打开放气阀V6,慢开旁抽阀V5,通入干燥空气,给分子泵和靶通水。(3).开总电源,按升降按钮的“升”钮,手动大法兰盖绕轴转至适当位置。(4).清洗溅射室,放好清洗过的玻璃基片,手动大法兰盖,找正位置按“降”钮,慢慢下降盖好。(5).关闭V6和V5。3.抽真空(1).开机械
5、泵,慢开旁抽阀V5,对溅射室直接抽气。(2).开热偶真空计,显示到20Pa左右,关V5开电磁阀DF,依次开分子泵,开闸板阀G(不能开得过死)。(3).当热偶真空计满度0.1Pa(数码显示为1.E-1)时,方可开DL-程控真空计(高真空计),抽真空达10-4Pa。(4).上述(2)(3)两项实验过程中,应详细记录各时刻的低、高真空计的示值,作出被抽容器(溅射室)的抽气曲线(即容器中压强随时间变化的曲线),以0.1Pa开始记录,并分析各状态真空度变化的机理。1.真空镀膜(1).关闭高真空计,打开气路阀V3
6、(慢开),低真空计显示值≤20Pa后开V1、V2和流量计,同样≤20Pa,稳定后,开气源,关小闸板阀G,使低真空计显示3Pa左右。(2).设置计算的控制状态进行镀膜①设置初始状态和镀膜时间,初状态与计算机上显示的状态相同例将(a)样品6,及(b)上档板孔对准B靶②操作计算机使a,b同时转到A靶,卡住档板b,样品1转到A靶与孔对齐③抽出卡铀待镀基片(样品1)和档板孔一起转到B靶。(3)启动励磁电源。先确认电压、电流调节旋钮处于零位,然后按电源“开”钮,缓慢调节电源、电流旋钮,使励磁电源逐渐增大到起辉所需
7、值,但不得超过3A,待起辉后将电流适当调小,以免烧坏线圈。(4)启动直流电源,调节至所需功率,电磁靶起辉溅射。(5)用计算机控制镀膜时间和更换基片。(6).列表记录镀膜过程的物理条件和参数(即真空度、质量流量、工作电压、电流或工作功率和镀膜时间)。2.停止镀膜和关机(1).溅射工作完毕后,先将板压调节到0,然后关断板压\关灯丝(橙色按钮),关溅射总电源。(2).关气源,依次开闸板阀G,关流量计(先调至0位再关),关V3(V1、V2都得关),约抽10—20分钟。(3).关(两)真空计,关闸板阀G,关分子
8、泵,过5—10分钟关电磁阀DF,关机械泵。(4).按步骤1取出样品,并按步骤3抽真空达10-3Pa,再按上一步关机。(5).关真空泵处的总电源、关水。(6).观察镀制膜层的质量,并对实验结果进行分析。注:上述(4)中的取样品也可留待下次实验时取,这样就可活力最后的第(4)步。二、数据与结果:表1.真空测量数据时间(min)0真空度(Pa)0.1表2.真空镀膜数据样品编号123456溅镀时间(min)真空度(Pa)质量流量(sccm)溅射功率(w)3.抽气
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