真空镀膜实验报告

真空镀膜实验报告

摘要：本实验在获得真空环境的基础上，在真空室内进行镀膜。在实验中需要复习获得真空的步骤和注意事项，学会使用蒸发镀膜设备，和在玻璃上镀锡的操作方法。

关键词：真空镀膜 蒸发镀膜

引言：

真空镀膜又叫物理气相沉积，它是利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质从源物质到薄膜的可控的原子转移过程。物理气相沉积技术中最为基础的两种方法就是蒸发法和溅射法。在薄膜沉积技术发展的最初阶段，由于蒸发法相对于溅射法具有一些明显的优势，包括较高的沉积速度，相对较高的真空度以及由此导致的较高的薄膜质量等，因此蒸发法受到了相对教大程度的重视。但另一方面，溅射法也有自己的优势，包括在沉积多元合金薄膜时化学成分容易控制，沉积层对衬底的附着力较好等。

真空镀膜的操作是将固体材料置于真空室内，在真空条件下，将固体材料加热蒸发，蒸发出来的原子或分子能自由地弥布到容器的器壁上。当把一些加工好的基板材料放在其中时，蒸发出来的原子或分子就会吸附在基板上逐渐形成一层薄膜。

正文：

一、实验原理

1、真空泵简介

（1）机械泵

机械泵通过不断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，常用的是旋片式机械泵。它主要由定子、转子、旋片、弹簧等组成。机械泵的极限真空度为Pa 1

10 ，它主要由机械泵油的饱和蒸汽压和泵的机械加工精度决定的。当达到极限真空度时，抽气和漏气的速度相等，真空度不再变化。如果将两个机械泵组合起来，可以将真空度提高一个数量级。

旋片式机械泵使用注意：

1） 检查油槽中油液面的高度是否符合规定，机械泵转子的转动方向与规定方向是否一

致；

2） 机械泵停止工作时，要立即使进气口与大气相通，防止回油现象。这步由机械泵上

的电磁阀自动进行。

3） 机械泵不宜工作过长，否则会影响使用寿命。

（2）扩散泵

扩散泵利用气体扩散现象来抽气的。利用高速定向喷射的油分子在喷嘴出口处的蒸汽流中形成一低压，将扩散进入蒸汽流的气体分子带至泵口被前级泵抽走。

扩散泵使用注意：

启动压强低于1Pa ，保证绝大部分的气体分子以定向扩散形式进入高速蒸汽流，高压会导致一些副反应的发生，影响真空的形成。扩散泵一般能达到－5到－7的压强数量级。

2、真空的测量

测量真空的装置称为真空计，常用的油热耦真空计和电离真空计。

热耦真空计可以测量0.1～10Pa 的压强，利用低压下气体的热传导与压强成正比的原理；电离真空计利用电子与气体分子碰撞产生电离电流随压强变化的原理制成，可测量范围是10的－1～－6数量级。注意，电离真空计必须在0.1Pa 一下使用，否则会损坏装置。

3、蒸发镀膜

蒸发镀膜是在真空中通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使薄膜材料蒸

发成原子或分子，它们随即以较大的自由程作直线运动，碰撞基片表面而凝结，形成薄膜。

要求镀膜室里残余分子的自由程大于蒸发源到基片的距离，保证镀膜的纯净和牢固。

材料饱和蒸汽压随温度的上升而迅速增大，所以实验时必须控制好蒸发源温度。蒸发镀膜常用的加热方法时电阻大电流加热，采用钨，钼，铂等高熔点的金属。真空镀膜时，飞抵基片的气化原子或分子，一部分被反射，一部分被蒸发离开，剩下的要么结合在一起，再捕获其他原子或分子，使得自己增大；或者单个原子或分子在基片上自由扩散，逐渐生长，覆盖整个基片，形成镀膜。注意的是基片的清洁度和完整性将影响到镀膜的形成速率和质量。

蒸发源的形状如下图，大致有螺旋式(a)、篮式(b)、发叉式(c)和浅舟式(d)等

蒸发源选取原则

1 有良好的热稳定性，化学性质不活泼，达到蒸发温度时加热器本身的蒸汽压要足够底。

2 蒸发源的熔点要高于被蒸发物的蒸发温度。加热器要有足够大的热容量。

3 蒸发物质和蒸发源材料的互熔性必须很底，不易形成合金。

4 要求线圈状蒸发源所用材料能与蒸发材料有良好的浸润，有较大的表面张力。

5 对于不易制成丝状、或蒸发材料与丝状蒸发源的表面张力较小时，可采用舟状蒸发源。

二、实验步骤

1.绕制钨篮，用酒精清洗钨篮和载玻片，钨丝，祛除表面氧化物。

2制作基片，用一窄薄铝片遮盖在载玻片上，以便镀膜完成后在基片上形成台阶。

3.将钨篮和钼舟固定在钟罩内的电极上，并放入钨丝。

4抽至真空度达10-6torr以上，开始蒸发镀膜。

5.镀膜完成后，处理真空机组的后续工作。

参考上学期对真空获得的内容，本实验步骤的注意事项有如下几点：

1.热偶真空计和电离真空计测定真空度时存在不同的使用压强底线，电离真空计使用时最低压强低于热偶真空计，并且测量的精度更好，所以，为了使得电离真空计能够在合适的压强

下正常工作，所以我们通过热偶真空计来测定开始的压强变化，等到压强达到了电离真空计的启动值时，自行启动电离真空计，进行进一步的测量，所以需要将复合真空计的档调到自动启动档。

2．自来水龙头：在实验过程中会使用油扩散泵进行抽气，其过程中需要用水进行冷却油蒸汽，为了防止返流的油蒸汽分子跑到钟罩内造成污染，同时也为了防止由于忘记开水而造成的麻烦，所以我们提早打开。

3.首先要用无水乙醇清洗装置衬底玻璃基板和镀膜工作室，使得装置中没有任何微粒，尘埃，油污以及其他杂质，减少由以上物质所带来的影响，保证镀膜的质量。最后还要对基板进行清理，用无水乙醇对基板进行擦拭，直到镀膜的一面光亮与清洁，因为基片表面的清洁度直接影响到薄膜的牢固性与均匀性，基片表面有任何的杂质都会大大降低薄膜的附着力。除此之外，还要保证基片的平整与光滑，这样才能保证薄膜有较好的反射光的性能。在进行完对基片的所有清理工作之后，用双面胶带将擦拭过的基片面向下的方式粘贴到活动挡板上，使得基片平整面正对着等会儿放置蒸发材料的地方。

4.透过钟罩上的玻璃片进行观察铝丝的变化，铝丝慢慢的融化，蒸发，当钨丝上不再有铝丝的时候，就要立即停止通电流，不然，时间一长，同样会导致铝膜的氧化，生成杂质，缓慢的减小电流，最后关闭电流电源。

三、实验成果

按照实验步骤操作实验仪器，最终成功得到镀膜的玻璃片，图片如下：