实验一 真空蒸发和磁控溅射制备薄膜
实验磁控溅射法制备薄膜材料
实验磁控溅射法制备薄膜材料磁控溅射法制备薄膜材料的步骤如下：1.靶材选择：选择可以溅射制备薄膜的材料作为溅射靶材。
这些材料通常是单质金属、合金或化合物，如金、银、铜、铝、氧化物等。
2.基底处理：将制备薄膜的基底进行清洗和表面处理，以保证薄膜的附着力和质量。
3.靶材安装：将靶材安装在溅射器的靶架上。
4.真空抽气：将溅射室进行抽气，以建立良好的真空环境。
这可以防止杂质、气体和水分对薄膜质量的影响。
5.溅射气体调节：调节溅射气体（通常是氩气）的流量和压力，以维持合适的工作气氛。
6.加热基底：通过加热基底，可以提高薄膜附着力和晶体质量。
7.确定溅射条件：根据需要制备的薄膜材料，调节溅射功率、工作气氛和溅射时间等参数，以保持溅射过程的稳定和合适的溅射速率。
8.溅射过程：通过加大靶架上的电流，激发高能粒子与靶材相互作用，使靶材表面的原子蒸发并沉积在基底上。
9.薄膜测量：制备完成后，进行薄膜的物理、化学性质的测试和表征，如薄膜的厚度、表面形貌、晶体结构、成分等。
磁控溅射法制备薄膜材料具有以下优点：1.良好的控制性：可以通过调节溅射参数（如功率、压力等）来控制薄膜的结构和性质。
2.高纯度材料：由于溅射过程中没有反应，制备的薄膜材料具有高度的化学纯度。
3.多种材料选择：不仅可以制备金属薄膜，还可以制备合金、氧化物、硅等其他材料的薄膜。
4.优异的附着性：磁控溅射法制备的薄膜与基底之间具有较好的附着性，可以在多种基底上制备。
5.溅射速率高：与其他制备薄膜的方法相比，磁控溅射的溅射速率较高，制备时间较短。
磁控溅射法制备薄膜材料的应用非常广泛。
例如，浮法玻璃制备中使用的氧化物和金属薄膜、电子器件制造中的金属和半导体薄膜、太阳能电池中的透明导电膜、光学镀膜中的金属和二氧化硅薄膜等。
此外，磁控溅射法还可以用于制备多层薄膜、纳米结构薄膜以及复合薄膜等特殊结构的材料。
总结起来，实验磁控溅射法制备薄膜材料是一种简便、可控性强且应用广泛的方法。
微波ecr磁控溅射制备al2o3薄膜
在现代技术中，微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜是一项重要的工艺。
这种技术以其高质量、均匀性和良好的薄膜结构而广泛应用于各种工业领域。
本文将就微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜这一主题展开讨论，并深入探究其工艺原理、应用前景和发展趋势。
一、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺原理微波ECR磁控溅射是一种利用微波功率和磁场共同作用、通过控制溅射材料并将其沉积在衬底上形成薄膜的工艺。
在制备Al2O3薄膜时，首先需要将铝靶材置于真空腔内，然后在腔内加入氧气，并通过微波ECR磁场加热氧气，使其成为等离子体状态。
这样，铝靶材上的铝原子将被氧等离子体击中，产生氧化反应，从而在衬底上形成Al2O3薄膜。
二、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的应用前景由于微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜具有高质量、均匀性和良好的薄膜结构，因此在各种工业领域都有广泛的应用前景。
Al2O3薄膜可以用于制备电子器件、光学薄膜、陶瓷材料等，为这些领域的发展提供了重要的技术支持。
Al2O3薄膜还可以在生物医学、能源存储等领域发挥重要作用，有望为这些领域的技术发展带来新的突破。
三、微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的发展趋势随着科学技术的不断进步，微波ECR磁控溅射技术也在不断发展和完善。
未来，微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺将更加智能化和自动化，可以实现对薄膜厚度、成分和结构的精确控制。
随着对新型材料和新工艺的不断探索，微波ECR磁控溅射制备的Al2O3薄膜也将不断拓展新的应用领域，为人类社会的发展做出更大的贡献。
总结回顾：微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜是一项具有重要意义的工艺技术，其在各种工业领域都有着广泛的应用前景。
通过深入探讨微波ECR磁控溅射制备Al2O3薄膜的工艺原理、应用前景和发展趋势，我们对这一主题有了更全面、深刻和灵活的理解。
在未来的研究和应用中，我们可以更好地利用这一技术，推动科技的不断进步。
《磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜及其性能研究》
《磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜及其性能研究》一、引言透明导电氧化物（TCO）薄膜作为一种具有优异光学性能和电学性能的材料，广泛应用于光电显示、太阳能电池等领域。
随着科技的发展，对TCO薄膜的性能要求日益提高，制备工艺的优化和性能研究显得尤为重要。
磁控溅射法作为一种常用的制备TCO薄膜的方法，具有制备工艺简单、薄膜质量高等优点。
本文将详细介绍磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜的工艺流程、实验方法及薄膜性能的研究。
二、磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜1. 实验材料与设备实验材料主要包括靶材（如氧化锡（SnO2）或氧化铟（In2O3）等）、基底（如玻璃或石英等）、溅射气体（如氩气等）。
实验设备主要包括磁控溅射镀膜机、真空泵等。
2. 实验方法（1）基底处理：将基底清洗干净，并进行预处理，以提高薄膜与基底的附着力。
（2）靶材制备：将靶材固定在磁控溅射镀膜机的靶位上。
（3）真空环境：将镀膜机腔体抽至高真空状态，以去除腔体内的杂质和气体。
（4）溅射镀膜：在磁控溅射镀膜机中，通过调节溅射功率、气体流量、基底温度等参数，实现TCO薄膜的制备。
三、薄膜性能研究1. 光学性能通过紫外-可见光谱仪测试TCO薄膜的透光率，分析薄膜的光学带隙、光学常数等性能。
同时，还可以通过SEM（扫描电子显微镜）观察薄膜的表面形貌，分析薄膜的光散射性能。
2. 电学性能采用四探针法或霍尔效应测试仪等设备测试TCO薄膜的电阻率、载流子浓度和迁移率等电学性能参数。
通过分析这些参数，可以评估TCO薄膜的导电性能和稳定性。
四、结果与讨论1. 实验结果通过磁控溅射法制备的TCO薄膜具有较高的透光率和较低的电阻率，满足光电显示、太阳能电池等领域的应用需求。
此外，薄膜的表面形貌良好，光散射性能较低。
在实验过程中，通过调整溅射功率、气体流量、基底温度等参数，可以实现对TCO薄膜性能的优化。
2. 结果讨论（1）溅射功率对TCO薄膜性能的影响：随着溅射功率的增加，薄膜的结晶性和致密度提高，从而提高了薄膜的透光率和导电性能。
光学实验技术中的薄膜制备与表征指南
光学实验技术中的薄膜制备与表征指南在现代光学实验中，薄膜是一种广泛应用的材料，它具有许多独特的光学性质。
为了实现特定的光学设计要求，科学家们需要制备和表征各种薄膜。
本文将为您介绍光学实验技术中的薄膜制备与表征指南，帮助您更好地理解和应用薄膜技术。
一、薄膜制备技术1. 真空蒸发法真空蒸发法是一种常见的薄膜制备技术，它通常用于金属或有机材料的蒸发。
蒸发源材料通过加热，使其蒸发并沉积在基底表面上，形成薄膜。
真空蒸发法具有简单、灵活的优点，但由于材料的有机蒸发率不同，容易导致薄膜的成分非均匀性。
2. 磁控溅射法磁控溅射法是一种通过离子碰撞使靶材溅射，并沉积在基底上的技术。
这种方法可以获得高质量和均匀性的薄膜。
磁控溅射法通常用于金属、氧化物和氮化物等无机薄膜的制备。
3. 原子层沉积法原子层沉积法（ALD）是一种逐层生长薄膜的方法，通过交替地注入不同的前驱体分子，使其在基底表面上化学反应并沉积。
这种方法可以实现非常精确的厚度控制和成分均一性。
4. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种基于溶胶和凝胶的化学反应制备薄膜的方法。
通过溶胶中的物质分子在凝胶中发生凝胶化反应，形成薄膜。
这种方法适用于复杂的薄膜材料。
二、薄膜表征技术1. 厚度测量薄膜的精确厚度对于光学性能至关重要。
常用的测量方法包括激光干涉法、原位椭圆偏振法和扫描电子显微镜等。
激光干涉法通过测量反射光的相位差来确定薄膜厚度，原位椭圆偏振法则通过测量反射光的椭圆偏振状态来推断厚度。
2. 光学性能表征光学性能包括反射率、透过率、吸收率等。
常用的表征方法有紫外可见近红外分光光度计和激光光谱仪。
通过测量样品在不同波长下的吸收或透过光强度，可以得到其光学性能。
3. 表面形貌观察表面形貌对薄膜的光学性能和功能具有重要影响。
扫描电子显微镜和原子力显微镜是常用的表面形貌观察工具。
扫描电子显微镜可以获得样品表面的高分辨率图像，原子力显微镜则可以实现纳米级表面形貌的观察。
4. 结构分析薄膜的结构分析是了解其晶体结构和晶格形貌的重要手段。
磁控溅射法制备薄膜材料实验报告
实验一磁控溅射法制备薄膜材料一、实验目的1、详细掌握磁控溅射制备薄膜的原理和实验程序；2、制备出一种金属膜，如金属铜膜；3、测量制备金属膜的电学性能和光学性能；4、掌握实验数据处理和分析方法，并能利用 Origin 绘图软件对实验数据进行处理和分析。
二、实验仪器磁控溅射镀膜机一套、万用电表一架、紫外可见分光光度计一台；玻璃基片、金属铜靶、氩气等实验耗材。
三、实验原理1、磁控溅射镀膜原理（1）辉光放电溅射是建立在气体辉光放电的基础上，辉光放电是只在真空度约为几帕的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。
辉光放电时，两个电极间的电压和电流关系关系不能用简单的欧姆定律来描述，以气压为1.33Pa 的 Ne 为例，其关系如图 5 -1 所示。
图 5-1 气体直流辉光放电的形成当两个电极加上一个直流电压后，由于宇宙射线产生的游离离子和电子有限，开始时只有很小的溅射电流。
随着电压的升高，带电离子和电子获得足够能量，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流逐步提高，但是电压受到电源的高输出阻抗限制而为一常数，该区域称为“汤姆森放电”区。
一旦产生了足够多的离子和电子后，放电达到自持，气体开始起辉，出现电压降低。
进一步增加电源功率，电压维持不变，电流平稳增加，该区称为“正常辉光放电”区。
当离子轰击覆盖了整个阴极表面后，继续增加电源功率，可同时提高放电区内的电压和电流密度，形成均匀稳定的“异常辉光放电”，这个放电区就是通常使用的溅射区域。
随后继续增加电压，当电流密度增加到～0.1A/cm 2时，电压开始急剧降低，出现低电压大电流的弧光放电，这在溅射中应力求避免。
（2）溅射通常溅射所用的工作气体是纯氩，辉光放电时，电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，这些被溅射出来的原子具有一定的动能，并会沿着一定的方向射向衬底，从而被吸附在衬底上沉积成膜。
薄膜制备方法
薄膜制备方法1.物理气相沉积法（PVD）：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化学气相沉积法（CVD)：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD。
一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是制备薄膜最一般的方法。
这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，使气体压强达到10ˉ2Pa以下，然后加热镀料，使其原子或者分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到温度较低的基片表面，凝结形成固态薄膜。
其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成。
保证真空环境的原因有✍防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应，生成化合物而使蒸发源劣化。
✍防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面，以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等✍在基片上形成薄膜的过程中，防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物。
蒸发镀根据蒸发源的类别有几种:⑴、电阻加热蒸发源。
通常适用于熔点低于1500℃的镀料。
对于蒸发源的要求为a、熔点高b、饱和蒸气压低c、化学性质稳定，在高温下不与蒸发材料发生化学反应d、具有良好的耐热性，功率密度变化小。
⑵、电子束蒸发源。
热电子由灯丝发射后，被电场加速，获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上，使蒸发材料加热气化，而实现蒸发镀膜。
特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。
优点有a、电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度，可以使高熔点（可高达3000℃以上）的材料蒸发，并且有较高的蒸发速率。
b、镀料置于冷水铜坩埚内，避免容器材料的蒸发，以及容器材料与镀料之间的反应，这对于提高镀膜的纯度极为重要。
c、热量可直接加到蒸发材料的表面，减少热量损失。
⑶、高频感应蒸发源。
将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央，使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失（铁磁体），从而将镀料金属加热蒸发。
常用于大量蒸发高纯度金属。
分子束外延技术（molecular beam epitaxy,MBE)。
实验三十六 磁控溅射法制备导电薄膜
实验三十六磁控溅射法制备导电薄膜实验名称：磁控溅射法制备导电薄膜实验项目性质：综合训练所涉及课程：薄膜电子材料与元器件，电子信息材料科学基础，真空技术基础计划学时：3学时一、实验目的1．了解真空的获得方法和测量技术；2．了解机械泵、分子泵工作原理和操作方法；3．掌握物理汽相沉积法制备薄膜材料的原理和方法；4．掌握磁控溅射镀膜机的操作方法。
二、实验原理1．真空的获得和测量见（实验一）2．磁控溅射法制备薄膜材料的原理溅射法是物理气相淀积薄膜的方法之一。
溅射法是利用带电离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶电极。
在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中使靶原子溅射出来。
这些被溅射出来的原子将带有一定的动能，并沿一定方向射向衬底，从而实现了在衬底上的薄膜沉积。
表征溅射特征得参量主要有溅射阈值，溅射率，溅射原子的速度和能量等。
溅射阈值：采用溅射法制备的薄膜种类很多，所需要的靶材种类也很多。
对于每一种靶材，都存在一个能量阈值，低于这个值就不会发生溅射现象。
不同靶材其溅射阈值不同。
溅射率：它表示正离子轰击作为阴极的靶材时，平均每个正离子能从靶材上打出的原子数目，就是被溅射出来的原子数与入射离子数之比。
溅射率的大小与入射离子的能量、种类、靶材的种类，入射离子的入射角等因素有关。
溅射原子的能量和速度：溅射原子的平均逸出能量，随入射离子能量的增加而增加；在相同轰击能量下，原子逸出能量随入射离子质量线性增加；不同靶材具有不同的原子逸出能量，溅射率高的靶材料，原子平均逸出能通常较低。
具体溅射方式较多，例如直流溅射，射频溅射，磁控溅射，反应溅射，离子束溅射，偏压溅射等。
也可根据实际应用，将上述各种方法结合起来构成某种新方法，如将磁控溅射和反应溅射结合起来就构成磁控反应溅射，磁控射频溅射等。
磁控溅射技术作为一种沉积速率较高，工作气体压强较低的溅射技术具有其独特的优越性。
因为速度为V的电子在电场E和磁感应强度B的磁场中运动时，既受电场力的作用，又受洛仑兹力的作用，则电子的运动轨迹将是沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进电子的运动路径由于磁场的作用而大幅度地增加，提高了与原子的碰撞几率，从而有效地提高了气体的离化效率和薄膜的沉积速率。
薄膜磁控溅射实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过磁控溅射技术制备不同材料薄膜，研究其制备过程中的工艺参数对薄膜质量的影响，并对薄膜的表面形貌、晶体结构、成分及性能进行分析。
二、实验原理磁控溅射技术是一种物理气相沉积方法，通过将靶材加热至一定温度，使其表面产生自由电子，然后在电场的作用下，自由电子与气体分子发生碰撞，产生等离子体，等离子体中的离子和电子被加速并轰击靶材表面，使靶材表面原子蒸发并沉积在衬底上形成薄膜。
三、实验设备与材料1. 实验设备：- 磁控溅射系统- 扫描电子显微镜（SEM）- X射线衍射仪（XRD）- X射线光电子能谱仪（XPS）- 红外光谱仪（IR）- 薄膜厚度测量仪2. 实验材料：- 靶材：Al、TiO2、ZnO等- 衬底：玻璃、硅等- 氩气、氮气等惰性气体四、实验步骤1. 清洗衬底：使用丙酮、乙醇、蒸馏水等清洗剂对衬底进行清洗，并在烘箱中干燥。
2. 装置准备：将靶材安装在磁控溅射系统上，设置靶材与衬底的距离、溅射气压、溅射时间等参数。
3. 磁控溅射：启动磁控溅射系统，进行溅射实验，制备薄膜。
4. 薄膜性能测试：使用SEM、XRD、XPS、IR等设备对薄膜的表面形貌、晶体结构、成分及性能进行分析。
五、实验结果与分析1. 薄膜表面形貌：SEM结果表明，Al、TiO2、ZnO等薄膜表面均匀，无明显缺陷。
2. 晶体结构：XRD分析表明，薄膜具有良好的晶体结构，晶粒尺寸较小。
3. 成分分析：XPS结果表明，薄膜中各元素含量符合预期。
4. 薄膜性能：- 硬度：Al、TiO2、ZnO等薄膜的硬度较高，具有良好的耐磨性能。
- 导电性：Al薄膜具有良好的导电性，适用于电子器件。
- 介电性能：TiO2、ZnO等薄膜具有良好的介电性能，适用于电容器等器件。
六、实验讨论1. 溅射气压对薄膜质量的影响：溅射气压越高，薄膜密度越大，晶粒尺寸越小，但溅射气压过高会导致薄膜表面出现缺陷。
2. 溅射时间对薄膜质量的影响：溅射时间越长，薄膜厚度越大，但溅射时间过长会导致薄膜内部应力增大，影响薄膜性能。
薄膜材料的制备及其应用
薄膜材料的制备及其应用随着科学技术的发展，薄膜材料在工业、生活中应用越来越广泛。
那么，什么是薄膜材料呢？简单地说，薄膜材料就是厚度很薄的材料，通常在几纳米到几百微米之间。
它具有许多优良的性能，比如光透过性、电绝缘性、机械性强等，因此在电子、光学、医学、环保等领域有着广泛的应用。
薄膜材料的制备方法很多，下面就介绍几种常见的方法。
1. 真空蒸发法真空蒸发法是一种将材料在高真空下蒸发形成薄膜的方法。
这种方法能让材料形成单晶状态，并且薄膜的结构均匀。
但是，真空蒸发法收率低，难以控制厚度，且材料成本较高。
2. 磁控溅射法磁控溅射法是将材料置于空气不及其它气体的真空区域中，然后在材料表面上放置一排镀失控的靶材，高能电子或离子轰击靶材，使其蒸发，材料形成薄膜。
这种方法能有效控制薄膜厚度和成分，并且成本低，是大量生产薄膜材料的主要方法。
3. 溶液法溶液法又称溶液旋涂法，是在材料分子间溶解剂中制备薄膜的方法。
该方法速度快，降低了制造成本，但难以制造低缺陷率的薄膜。
薄膜材料拥有的优良性质是由于分子间相互作用力和表面效应的影响。
因此，薄膜材料在许多领域中都有着广泛的应用。
下面就以电子和生命科学为例分别介绍一下薄膜材料在这两个领域中的应用。
1. 电子方面的应用半导体电子学是薄膜材料的主要应用领域之一。
半导体薄膜可以制造出用于制作半导体器件的掩模、曝光和电子束光刻的压电材料和透镜材料。
此外，具有特殊电学性能的有机或无机高分子材料可以制造出各种电路板。
并且，一些薄膜材料可以转换为导电薄膜，例如透明导电薄膜用于制造液晶显示器和触摸屏，复合导电薄膜用于制造柔性电子纸、可擦写电子图书和柔性电子纸屏幕等。
2. 生命科学应用生命科学中的薄膜材料主要用于细胞培养、过滤纯化、药物控释等，例如，被广泛使用的细胞培养板使用薄膜材料制作。
另外，纳米孔薄膜为分离和处置废水、有色中和和固体废物处理提供了可行的环保方法。
其它的，薄膜材料还可以制造出用于医学治疗和组织工程的生物材料，如胶原薄膜、海藻酸薄膜等。
磁控溅射法制膜实验
实验一 磁控溅射法制膜一、实验目的1． 掌握磁控溅射法制膜的基本原理2． 了解多功能磁控溅射镀膜仪的操作过程及使用范围3． 学习用磁控溅射法制备金属薄膜4． 学习用万用表测量薄膜的电阻二、实验原理1、溅射溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。
入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。
在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。
溅射的特点是：(1)溅射粒子(主要是原子，还有少量离子等)的平均能量达几个电子伏，比蒸发粒子的平均动能kT 高得多(3000K 蒸发时平均动能仅0.26eV)，溅射粒子的角分布与入射离子的方向有关。
(2)入射离子能量增大(在几千电子伏范围内)，溅射率(溅射出来的粒子数与入射离子数之比)增大。
入射离子能量再增大，溅射率达到极值；能量增大到几万电子伏，离子注入效应增强，溅射率下降。
(3)入射离子质量增大，溅射率增大。
(4)入射离子方向与靶面法线方向的夹角增大，溅射率增大(倾斜入射比垂直入射时溅射率大)。
(5)单晶靶由于焦距碰撞(级联过程中传递的动量愈来愈接近原子列方向)，在密排方向上发生优先溅射。
(6)不同靶材的溅射率很不相同。
2、磁控溅射通常的溅射方法，溅射效率不高。
为了提高溅射效率，首先需要增加气体的离化效率。
为了说明这一点，先讨论一下溅射过程。
当经过加速的入射离子轰击靶材(阴极)表面时，会引起电子发射，在阴极表面产生的这些电子，开始向阳极加速后进人负辉光区，并与中性的气体原子碰撞，产生自持的辉光放电所需的离子。
这些所谓初始电子(primary electrons )的平均自由程随电子能量的增大而增大，但随气压的增大而减小。
在低气压下，离子是在远离阴极的地方产生，从而它们的热壁损失较大，同时，有很多初始电子可以以较大的能量碰撞阳极，所引起的损失又不能被碰撞引起的次级发射电子抵消，这时离化效率很低，以至于不能达到自持的辉光放电所需的离子。
薄膜实验指导书
薄膜制备实验指导书实验一磁控溅射法制备金属薄膜一、实验目的1、了解磁控溅射实验原理2、学会操作磁控溅射仪3、了解影响薄膜质量的因素二、基本原理1、薄膜制备过程溅射沉积是一种物理气相沉积法，利用带有电荷的离子在电场中加速具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶材。
溅射过程是轰击粒子与靶原子之间能量传递的结果。
在轰击离子能量合适的情况下，在与靶材表面的原子碰撞过程中，靶材表面原子将获得足够的动能脱离固体表面，这些溅射出来的靶材原子带有一定的动能沿着一定的发向射向衬底，从而实现在衬底上薄膜的沉积（如图1）。
在上述过程中，离子的产生过程与等离子体的产生或气体的辉光放电过程密切相关。
图1气体辉光放电需要的击穿电压：log bd pL V L p b∝+ 其中，p ——腔体压力，L ——电极间距，b ——常数。
发生溅射需要超过一个阈值能量，当能量较小时发生反弹或表面吸附，而能量较大时，会发生离子注入。
溅射过程中激发产生的二次电子可进一步与气体原子碰撞，引发电离或辉光， 几种常用气体的电离能见表格1表格1对于以氩离子做为入射离子的情况，入射能量略大于阈值时，产额随能量的平方增加；超过100eV,随能量线性增加；超过750eV,产额将略有增加；1000eV时产额最大（如图2）。
选择不同的电离原子，产额有所差异，其中稀有气体有较大的溅射产额。
图2对不同材料溅射产额与垂直入射氩离子的离子能图345keV离子射向银，铜和钽靶时，溅射产额与轰击离子原子序数的函数关系所谓磁控溅射，就是通过在靶材的周围和后面设置磁场，限制二次电子于靶前面，增加轰击率和电离速率，提高溅射效率。
有很多因素影响沉积薄膜的质量，包括电压、真空背底气压、氩气溅射气压、氧分压、流量大小、衬底温度，溅射方式，若是射频溅射，偏压的大小也有一定的影响。
在制备薄膜时需要查阅资料获得各个参数，或者自行研究尝试，在表征测试后得到最好的实验条件。
2、薄膜表征（1）SEM：扫描电子显微镜扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopic）的制造是依据电子与物质的相互作用。
磁控溅射法制备薄膜材料实验报告
磁控溅射法制备薄膜材料实验报告实验报告：磁控溅射法制备薄膜材料一、引言薄膜材料广泛应用于电子器件、光学器件等领域，其性能直接影响着器件的性能。
磁控溅射法是一种常用的制备薄膜材料的方法，通过在真空环境下，利用磁控电子束或离子束轰击源材料的表面，使源材料蒸发并沉积在基底上，从而得到所需的薄膜材料。
本实验旨在通过磁控溅射法制备一种特定的薄膜材料，并对其形貌、结构和成分进行表征。
二、实验方法1.实验仪器与材料本实验使用的主要仪器设备有磁控溅射设备、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）。
实验材料包括源材料、基底材料和溅射气体。
2.实验步骤（1）将源材料加载到磁控溅射设备的靶位上，并安装好基底材料。
（2）将真空室抽气至高真空状态，确保实验环境稳定。
（3）开启溅射气体，调节其流量和压力，使其保持合适的工作状态。
（4）通过操纵磁控溅射设备的参数，包括溅射功率、工作距离等，进行溅射，沉积薄膜材料在基底上。
（5）制备完成后，将样品取出，进行表征。
三、实验结果与分析通过SEM观察，薄膜材料的表面形貌均匀，没有明显的颗粒和裂纹，呈现出光滑的特点。
通过透射电子显微镜（TEM）的观察，薄膜材料的厚度约为100 nm，呈现出均匀的结构。
通过XRD分析，薄膜材料的晶体结构为立方晶系，晶面取向较好。
通过对XRD图谱的解析，还可以得到薄膜材料的晶格常数、晶粒大小等信息。
通过能谱仪的分析，可以确定薄膜材料的成分。
实验结果显示，制备的薄膜材料主要由目标材料的原子组成，没有掺杂物的存在。
四、讨论与改进通过磁控溅射法制备的薄膜材料，表面形貌均匀且结构良好，符合预期需求。
但是，在实验过程中，我们发现了一些问题，如薄膜材料的制备速率较慢、材料的含气量较高等。
为了解决这些问题，我们可以在实验过程中进行参数的优化，如调节溅射功率、溅射时间等，以提高制备速率；同时可以加入适量的氩气来降低材料的含气量。
此外，在薄膜材料的表征上，我们只是使用了SEM、XRD和能谱仪等仪器进行了一些基本的表征，对于材料的电学、光学等特性并没有进行深入的研究。
实验磁控溅射法制备薄膜材料
实验4 磁控溅射法制备薄膜材料一、实验目的1. 掌握真空的获得2. 掌握磁控溅射法的基本原理与使用方法3. 掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法二、实验原理磁控溅射属于辉光放电范畴,利用阴极溅射原理进行镀膜;膜层粒子来源于辉光放电中,氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用;氩离子将靶材原子溅射下来后,沉积到元件表面形成所需膜层;磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹,使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动,因而大大增加了与气体分子碰撞的几率; 用高能粒子大多数是由电场加速的气体正离子撞击固体表面靶,使固体原子分子从表面射出的现象称为溅射;1. 辉光放电：辉光放电是在稀薄气体中,两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象;溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应,而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的,即溅射离子都来源于气体放电;不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同,直流二极溅射利用的是直流辉光放电,磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电;如图1a所示为一个直流气体放电体系,在阴阳两极之间由电动势为的直流电源提供电压和电流,并以电阻作为限流电阻;在电路中,各参数之间应满足下述关系：V=E-IR使真空容器中Ar气的压力保持一定,并逐渐提高两个电极之间的电压;在开始时,电极之间几乎没有电流通过,因为这时气体原子大多仍处于中性状态,只有极少量的电离粒子在电场的作用下做定向运动,形成极为微弱的电流,即图b中曲线的开始阶段所示的那样;图1 直流气体放电随着电压逐渐地升高,电离粒子的运动速度也随之加快,即电流随电压上升而增加;当这部分电离粒子的速度达到饱和时,电流不再随电压升高而增加;此时,电流达到了一个饱和值对应于图曲线的第一个垂直段;当电压继续升高时,离子与阴极之间以及电子与气体分子之间的碰撞变得重要起来;在碰撞趋于频繁的同时,外电路转移给电子与离子的能量也在逐渐增加;一方面,离子对于阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射,而电子能量也增加到足够高的水平,它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生电离,如图a所示;这些过程均产生新的离子和电子,即碰撞过程使得离子和电子的数目迅速增加;这时,随着放电电流的迅速增加,电压的变化却不大;这一放电阶段称为汤生放电;在汤生放电阶段的后期,放电开始进入电晕放电阶段;这时,在电场强度较高的电极尖端部位开始出现一些跳跃的电晕光斑;因此,这一阶段称为电晕放电;在汤生放电阶段之后,气体会突然发生放电击穿现象;这时,气体开始具备了相当的导电能力,我们将这种具备了一定的导电能力的气体称为等离子体;此时,电路中的电流大幅度增加,同时放电电压却有所下降;这是由于这时的气体被击穿,因而气体的电阻将随着气体电离度的增加而显着下降,放电区由原来只集中于阴极边缘和不规则处变成向整个电极表面扩展;在这一阶段,气体中导电粒子的数目大量增加,粒子碰撞过程伴随的能量转移也足够地大,因此放电气体会发出明显的辉光;电流的继续增加将使得辉光区域扩展到整个放电长度上,同时,辉光的亮度不断提高;当辉光区域充满了两极之间的整个空间之后,在放电电流继续增加的同时,放电电压又开始上升;上述的两个不同的辉光放电阶段常被称为正常辉光放电和异常辉光放电阶段;异常辉光放电是一般薄膜溅射或其他薄膜制备方法经常采用的放电形式,因为它可以提供面积较大、分布较为均匀的等离子体,有利于实现大面积的均匀溅射和薄膜沉积;2. 磁控溅射：平面磁控溅射靶采用静止电磁场,磁场为曲线形;其工作原理如下图所示;电子在电场作用下,加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞;若电子具有足够的能量约为30eV;时,则电离出Ar+并产生电子;电子飞向基片,Ar+在电场作用下加速飞向阴极溅射靶并以高能量轰击靶表面,使靶材发生溅射;在溅射粒子中,中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜;二次电子e1在加速飞向基片时受磁场B的洛仑兹力作用,以摆线和螺旋线状的复合形式在靶表面作圆周运动;该电子e1的运动路径不仅很长,而且被电磁场束缚在靠近靶表面的等离子体区域内;在该区中电离出大量的Ar+用来轰击靶材,因此磁控溅射具有沉积速率高的特点;随着碰撞次数的增加,电子e1的能量逐渐降低,同时,e1逐步远离靶面;低能电子e1将如图中e3那样沿着磁力线来回振荡,待电子能量将耗尽时,在电场E的作用下最终沉积在基片上;由于该电子的能量很低,传给基片的能量很小,使基片温升较低;在磁极轴线处电场与磁场平行,电子e2将直接飞向基片;但是,在磁控溅射装置中,磁极轴线处离子密度很低,所以e2类电子很少,对基片温升作用不大;图2 磁控溅射工作原理图磁控溅射的基本原理就是以磁场改变电子运动方向,束缚和延长电子的运动路径,提高电子的电离概率和有效地利用了电子的能量;因此,在形成高密度等离子体的异常辉光放电中,正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效,同时受正交电磁场的束缚的电子只能在其能量将要耗尽时才能沉积在基片上;这就是磁控溅射具有“低温”、“高速”两大特点的机理;3.真空的获得：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;（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;机械泵可在大气压下启动正常工作,其极限真空度可达10-1Pa,它取决于：①定子空间中两空腔间的密封性,因为其中一空间为大气压,另一空间为极限压强,密封不好将直接影响极限压强；②排气口附近有一“死角”空间,在旋片移动时它不可能趋于无限小,因此不能有足够的压力去顶开排气阀门；③泵腔内密封油有一定的蒸汽压室温时约为10-1Pa;2分子泵分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子,使之获得定向速度,从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵; 这种泵具体可分为：1)牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量,被驱送到泵的出口; 2涡轮分子泵靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的;这种泵通常在分子流状态下工作;3复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵;三、实验仪器超声波清洗器、磁控溅射镀膜机、镊子、烧杯等四、实验步骤1.用酒精清洗衬底玻璃基板、靶材,清洗完毕后用高压气枪吹干;2.实验前仔细检查各开关的状态,接通电源;电源接通后打开水循环开关,关闭真空计,打开放气阀,待放气完毕打开腔室门放置基片,注意装载过程中确保玻璃面的整洁;置入内衬,关闭充气阀门;3.一键抽真空;4.待分子泵满转速时,设置好靶基距和基片加热温度,打开基片加热;5.待抽至需要的真空,打开限流阀,到90°处,设置基片台转速,打开基片台旋;6.设置流量计的示数,充入氩气,至工作真空度;7.等待 30s 左右,设置直流或射频电源的功率和工作时间,点击 ON 按钮开始溅射镀膜前一定要确定靶挡板是关闭的;待溅射一段时间后,打开挡板,开始镀膜,镀膜时间到后电源自动关闭;8.设置流量计示数为 0,关闭加热;9.待流量计实际流量归 0,关闭进气阀、限流阀,限流阀到 0°;10.镀膜结束,一键停真空;11.待机械泵等均停机,关闭真空计、打开放气阀;待放气完毕,打开腔室门取样品,打开真空计,关闭放气阀;打开一键抽真空,待真空抽至 10 多 Pa 时点击一键停真空,待设备停机后再关闭总电源;五、注意事项1. 抽真空前检查：1样品是否放好2腔室门是否关好3放气阀是否关闭4真空计是否打开2.注意对设备的保养维护,及时去除基片台及基片挡板,靶屏蔽罩及靶挡板上沉积的各种材料,防止掉渣使靶与屏蔽罩短接烧坏靶;方法是将把挡板卸下用绿色拉丝布擦拭附着物后用卫生纸蘸丙酮或酒精擦干净,对基片台如不拆下的话用报纸垫在腔室口上防止擦拭时脏东西掉入腔室;3.磁控溅射室暴露大气前一定要关紧限流阀,以免损坏分子泵,同时要关紧气路截止阀,以免气路受污染;。
磁控溅射法制备薄膜材料实验报告
实验一磁控溅射法制备薄膜材料一、实验目的1.详细掌握磁控溅射制备薄膜的原理和实验程序；2、制备出一种金属膜, 如金属铜膜；3.测量制备金属膜的电学性能和光学性能；二、 4、掌握实验数据处理和分析方法, 并能利用 Origin 绘图软件对实验数据进行处理和分析。
三、实验仪器磁控溅射镀膜机一套、万用电表一架、紫外可见分光光度计一台；玻璃基片、金属铜靶、氩气等实验耗材。
四、实验原理1.磁控溅射镀膜原理（1）辉光放电溅射是建立在气体辉光放电的基础上, 辉光放电是只在真空度约为几帕的稀薄气体中, 两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。
辉光放电时, 两个电极间的电压和电流关系关系不能用简单的欧姆定律来描述, 以气压为1.33Pa 的 Ne 为例, 其关系如图 5 -1 所示。
图 5-1 气体直流辉光放电的形成当两个电极加上一个直流电压后, 由于宇宙射线产生的游离离子和电子有限,开始时只有很小的溅射电流。
随着电压的升高, 带电离子和电子获得足够能量, 与中性气体分子碰撞产生电离, 使电流逐步提高, 但是电压受到电源的高输出阻抗限制而为一常数, 该区域称为“汤姆森放电”区。
一旦产生了足够多的离子和电子后, 放电达到自持, 气体开始起辉, 出现电压降低。
进一步增加电源功率, 电压维持不变, 电流平稳增加, 该区称为“正常辉光放电”区。
当离子轰击覆盖了整个阴极表面后, 继续增加电源功率, 可同时提高放电区内的电压和电流密度, 形成均匀稳定的“异常辉光放电”, 这个放电区就是通常使用的溅射区域。
随后继续增加电压, 当电流密度增加到～0.1A/cm 2时, 电压开始急剧降低, 出现低电压大电流的弧光放电, 这在溅射中应力求避免。
（2）溅射通常溅射所用的工作气体是纯氩, 辉光放电时, 电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞, 电离出大量的氩离子和电子, 电子飞向基片。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材, 溅射出大量的靶材原子, 这些被溅射出来的原子具有一定的动能, 并会沿着一定的方向射向衬底, 从而被吸附在衬底上沉积成膜。
太阳膜生产的磁控溅射技术和真空蒸发镀膜法
太阳膜生产的磁控溅射技术和真空蒸发镀膜法现在市面上好的太阳膜其制作方法多半为以下两种：一种是真空蒸发镀膜法。
一种是磁控溅射法，目前拥有磁控溅射技术的太阳膜生产厂家有：美国韶华科技公司（Southwall）、美国贝卡尔特公司(Bekaert)、美国CPFilms公司，利用磁控溅射技术所生产的太阳膜具有膜层致密、均匀，有良好的透光性和优良的光谱选择性能，保证太阳膜产品的高品质，使其能够为车主带来舒适、安全的行车环境。
1.真空蒸发镀膜法就是在1.3×10-2~1.3×10-3Pa(10-4~10-5Torr)的真空中以电阻加热镀膜材料，使它在极短的时间内蒸发，蒸发了的镀膜材料分子沉积在基材表面上形成镀膜层。
真空镀膜室是使镀膜材料蒸发的蒸发源，还有支承基材的工作架或卷绕装置都是真空蒸发镀膜设备的主要部分。
镀膜室的真空度，镀膜材料的蒸发熟练地，蒸发距离和蒸发源的间距，以及基材表面状态和温度都是影响镀膜质量的因素。
2. 磁控溅射法是指电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。
氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。
二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。
磁控溅射法与蒸发法相比，具有镀膜层与基材层的结合力强，镀膜层致密，均匀等优点。
真空蒸发镀膜法需要使金属或金属化合物蒸发气化，而加热温度又不能太高，否则气相蒸镀金属会烧坏被塑料基材，因此，真空蒸镀法一般仅适用于铝等熔点较低的金属源，是目前应用较为广泛的真空镀膜工艺。
真空蒸发法制备c60薄膜 -回复
真空蒸发法制备c60薄膜-回复真空蒸发法制备C60薄膜C60分子是由60个碳原子组成的球形结构分子，因其丰富的应用潜力而备受关注。
在许多领域，包括光电器件、太阳能电池、传感器等，C60薄膜的制备和性质研究都显得尤为重要。
本文将详细介绍通过真空蒸发法制备C60薄膜的步骤和科学原理。
步骤一：制备C60蒸发源制备C60蒸发源是制备C60薄膜的第一步。
需要购买高纯度的C60原料，并按照下列步骤进行处理。
首先，将C60原料在高真空条件下加热至适当的温度（通常在150至400之间），以蒸发C60分子。
在蒸发的过程中，可以对加热源进行旋转，以保证样品加热均匀，并且改变蒸发源的角度，以便使蒸发的C60分子可以均匀地沉积在衬底上。
步骤二：准备衬底在制备C60薄膜之前，需要特别注意准备好衬底。
衬底材料的选择依赖于所需特性以及后续应用的要求。
常用的衬底材料包括玻璃、石英、硅等。
对于衬底的预处理，可以通过表面清洗和退火等方式进行，以保证薄膜的质量。
同时，预处理还有助于提高薄膜的附着力。
步骤三：真空蒸发制备C60薄膜在真空蒸发制备C60薄膜的过程中，需要搭建真空系统。
真空系统通常由真空室、真空泵和蒸发源等组成。
首先，将衬底放置在真空室内，并将真空室抽气至所需真空度。
然后，将C60蒸发源放置在合适的位置，并将其加热至蒸发温度。
C60分子会从蒸发源中蒸发，并在真空条件下沉积在衬底上形成C60薄膜。
在薄膜沉积过程中，可以通过控制衬底温度、蒸发源温度和蒸发速率等参数来调控薄膜的性质。
步骤四：薄膜的表征和性质研究制备完成的C60薄膜需要进行表征和性质研究。
常用的表征手段包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等。
这些手段可以用于观察薄膜的形貌和晶体结构，从而研究薄膜的性质。
此外，还可以使用紫外可见吸收光谱和红外光谱对薄膜的光学性质进行研究。
步骤五：优化制备条件和性能调控在初步制备出C60薄膜后，可以进一步优化制备条件和调控薄膜性能。
磁控溅射法制备薄膜原理
磁控溅射法制备薄膜原理介绍磁控溅射法（Magnetron sputtering）是一种常用的薄膜制备技术。
通过溅射材料表面的原子或离子，将其沉积在基底表面，形成所需的薄膜。
本文将详细介绍磁控溅射法制备薄膜的原理、操作步骤以及其在工业和科研中的应用。
磁控溅射法原理磁控溅射法利用磁控电子束对溅射材料进行轰击，使其释放出离子或原子，然后通过磁场引导这些离子或原子运动，并沉积在基底表面。
主要原理包括：溅射、离子化、束流调制以及沉积等过程。
溅射溅射是磁控溅射法的核心过程，其基本原理是利用高能离子或原子轰击溅射靶材表面，使溅射材料从靶材上脱落，并在经过磁场引导后沉积在基底上。
溅射材料的选择对薄膜质量和性能有重要影响。
离子化离子化是通过加速电压将气体轰击成离子。
常用的气体有氩气、氙气等，其离子化过程是由靶材上脱落的原子或分子迅速与气体分子碰撞，产生离子。
束流调制束流调制是通过磁场控制离子或原子运动轨迹，使其保持较高的能量和较小的散射角度，提高薄膜沉积速率和均匀性。
沉积沉积是将离子或原子沉积在基底表面，形成薄膜的过程。
沉积速率、沉积温度和沉积时间等因素会影响薄膜的结构和性能。
操作步骤磁控溅射法制备薄膜的操作步骤包括溅射室准备、真空抽取、靶材装载、参数调节、离子清洗、薄膜沉积等。
溅射室准备在开始溅射制备薄膜之前，需要清洁溅射室，并确保各个部件都处于良好状态。
同时，调整靶材位置和磁场强度，以便实现高质量的溅射过程。
真空抽取将溅射室进行真空抽取，以排除其内部的气体和杂质。
真空程度通常需要达到纳帕级别或更高，以确保薄膜制备过程不受外界气体的干扰。
靶材装载将待溅射的靶材装载至溅射室，并固定在相应的位置上。
靶材的选择应根据所需薄膜的组成和性能来确定。
参数调节根据所需薄膜的要求，调节溅射气体流量、溅射功率、离子能量和沉积速率等参数。
不同的参数会对薄膜的成分、结构和性能产生不同的影响。
离子清洗在沉积薄膜之前，常常需要进行离子清洗，以去除基底表面的气体和杂质。
实验一真空蒸发和磁控溅射制备薄膜
实验一真空蒸发和磁控溅射制备薄膜实验一真空蒸发和磁控溅射制备薄膜姓名：许航学号：141190093 姓名：王颖婷学号：141190083 系别：材料科学与工程系专业：材料物理组号：A9 实验时间：3月16号本实验主要介绍真空蒸发、磁控溅射两种常用而有效的制备薄膜的工艺，以便通过实际操作对典型的薄膜工艺的原理和基本操作过程有初步的了解。
一、实验目的1、通过实验掌握磁控溅射、真空蒸发制备薄膜的基本原理，了解磁控溅射、真空蒸发制备薄膜的过程2、独立动手，学会利用磁控溅射、真空蒸发技术制备薄膜3、通过本实验对真空系统、镀膜系统以及辉光放电等物理现象有更深层次的了解二、实验原理薄膜作为一种特殊形状的物质，与块状物质一样，可以是非晶态的，多晶态的和单晶态的。
它既可用单质元素或化合物制作，也可用无机材料和有机材料制作。
近年来随着薄膜工艺的不断进步和完善，复合薄膜和功能材料薄膜也又很大的发展，因此薄膜技术和薄膜产品已在机械、电子、光学、航天、建材、轻工等工业部门得到了广泛的应用，特别是在电子工业中占有极其重要的地位。
例如光电极摄像器件、各种集成电路器件、各种显示器、太阳能电池及磁带、磁头等各种转化器、传感和记录器、电阻器、电容器等都是应用薄膜。
目前，薄膜工艺不仅成为一门独立的应用技术，也是改善材料表面性能和提高某些工艺水品的重要手段。
1、真空蒸发制备薄膜原理真空蒸发镀膜是把待镀膜的衬底或工件置于高真空室内，通过加热使成膜材料气化（或升华）而淀积到衬底上，从而形成一层薄膜的工艺过程。
因为真空蒸发镀膜的膜层质量与真空室的真空度、膜料蒸发温度和衬底的温度都有很大的关系，因而在实验过程务必严格控制各个环节。
下面讨论一下影响蒸发镀膜质量的主要因素和成膜的原理。
（1）、真空度为了同时保证膜层的质量和生产效率及成本，通常要选择合理的真空度。
在镀膜过程中，抽真空后处在同一温度下的残余气体分子相对于蒸发出的膜料分子（原子）可以视作静止，可以得到膜料分子（原子）在残余分子中运动的平均自由程：'21()n r r λπ=+ p n k T = n 为残余气体分子的密度，r’为残余气体分子半径，r 为蒸发膜料分子的半径，p 为残余气体的压强，k 为玻尔兹曼常数。
实验一 真空蒸发和离子溅射镀膜
山东师范大学物理与电子科学学院
四 材料的清洗
清洗污染物的方法很多，如机械清洗、溶剂浸渍冲 洗、电化学清洗、离子轰击清洗、超声波清洗等。不同材 料，不同污染物，清洗的方法不同。 （1）钨蒸发器和铝条的清洗方法是：先用自来水冲去尘 埃，放入浓度为20%的氢氧化钠溶液中煮10分钟（铝条煮半 分钟），除去表面氧化物和油迹，达到见钨发亮为止；然后 用自来水冲洗，浸在离子水（或蒸馏水）中冲洗，取出用无 水乙醇脱水烘干便可。
实际过程是入射粒子（通常为离子）通过与靶材碰撞， 把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形 成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得 向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。而入射粒子能量 的95%用于激励靶中的晶格热振动，只有5%左右的能量传递给 溅射原子。
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3． 溅射的特点
（1）溅射粒子的平均能量比蒸发粒子的平均动能KT高得多， 溅射所获得的薄膜与基片结合较好；(溅射粒子能量达几个电子 伏，而3000K蒸发时粒子的平均动能仅0.26eV)。 （2）入射离子能量与溅 射率的关系： 在几千电子伏范围内 溅射率随入射离子能量 的增大而增大。入射离 子能量再增大，溅射率 达到极值；当能量增大 到几万电子伏，离子注 入效应增强，溅射率下 降，如右图。
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本实验的具体内容：
【实验目的】 【实验原理】 一 真空蒸发镀膜原理 二 离子溅射镀膜原理 直流溅射，磁控溅射，射频溅射等 三 蒸发器与薄膜质量 四 材料的清新 【实验仪器】 【实验步骤】 【思考题】
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【实验目的】
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实验一 真空蒸发和磁控溅射制备薄膜姓名：许航 学号：141190093 姓名：王颖婷 学号：141190083 系别：材料科学与工程系 专业：材料物理组号：A9 实验时间：3月16号本实验主要介绍真空蒸发、磁控溅射两种常用而有效的制备薄膜的工艺，以便通过实际操作对典型的薄膜工艺的原理和基本操作过程有初步的了解。
一、 实验目的1、 通过实验掌握磁控溅射、真空蒸发制备薄膜的基本原理，了解磁控溅射、真空蒸发制备薄膜的过程2、 独立动手，学会利用磁控溅射、真空蒸发技术制备薄膜3、 通过本实验对真空系统、镀膜系统以及辉光放电等物理现象有更深层次的了解二、 实验原理薄膜作为一种特殊形状的物质，与块状物质一样，可以是非晶态的，多晶态的和单晶态的。
它既可用单质元素或化合物制作，也可用无机材料和有机材料制作。
近年来随着薄膜工艺的不断进步和完善，复合薄膜和功能材料薄膜也又很大的发展，因此薄膜技术和薄膜产品已在机械、电子、光学、航天、建材、轻工等工业部门得到了广泛的应用，特别是在电子工业中占有极其重要的地位。
例如光电极摄像器件、各种集成电路器件、各种显示器、太阳能电池及磁带、磁头等各种转化器、传感和记录器、电阻器、电容器等都是应用薄膜。
目前，薄膜工艺不仅成为一门独立的应用技术，也是改善材料表面性能和提高某些工艺水品的重要手段。
1、 真空蒸发制备薄膜原理真空蒸发镀膜是把待镀膜的衬底或工件置于高真空室内，通过加热使成膜材料气化（或升华）而淀积到衬底上，从而形成一层薄膜的工艺过程。
因为真空蒸发镀膜的膜层质量与真空室的真空度、膜料蒸发温度和衬底的温度都有很大的关系，因而在实验过程务必严格控制各个环节。
下面讨论一下影响蒸发镀膜质量的主要因素和成膜的原理。
（1）、真空度为了同时保证膜层的质量和生产效率及成本，通常要选择合理的真空度。
在镀膜过程中，抽真空后处在同一温度下的残余气体分子相对于蒸发出的膜料分子（原子）可以视作静止，可以得到膜料分子（原子）在残余分子中运动的平均自由程：'21()n r r λπ=+ p nkT = n 为残余气体分子的密度，r’为残余气体分子半径，r 为蒸发膜料分子的半径，p 为残余气体的压强，k 为玻尔兹曼常数。
若蒸发源到衬底的距离为L （cm ），为使得膜料分子中的大部分不与残余气体分子碰撞而直接到达衬底表面，则一般可以取平均自由程10L λ≥，这样：'210()kT p L r r π≤+（Pa ） （2）、蒸发温度蒸发镀膜时，膜料的加热温度直接影响了成膜的速度和膜层的质量，为了达到迅速蒸镀的目的，通常要把膜料加热到使其平衡蒸气压达到几帕以上，此时的温度称为蒸发温度。
通常材料的蒸气压p 与温度T 之间有如下的近似关系：lg B p A T=- 其中A 、B 是和材料有关的常数，可直接由实验测得或者查阅文献得到。
（3）、蒸发和凝结速率略去复杂的数学推导过程，这里直接给出蒸发速率和蒸汽压以及温度之间的关系：34.37510m u N m N pTυαα-==⨯⋅ N m 为质量蒸发速率，即单位时间从单位面积蒸发的质量；P 为温度为T 时的饱和蒸汽压（Pa ）；u 为摩尔质量； T 为蒸发温度(K) 由此可见温度的变化将引起蒸发速率的显著变化，因此，要控制蒸发速率就要严格的控制蒸发温度。
（4）、成膜过程典型的薄膜形成的过程为：入射原子－凝结核－结晶核－小岛－网状阶段－膜。
这里所说的凝结核是入射到衬底的原子，以它为核心逐渐增大而成。
从凝结核进一步长大并形成结晶核或微结晶膜时，最初的结晶原子团就是结晶核。
结晶的过程与蒸发物质、入射原子的密度、衬底的温度。
膜的平均厚度等因素有关。
2、 磁控溅射镀膜原理溅射过程的基础是电极间一定气压的气体的辉光放电。
如图1所示，以靶为阴极，衬底为阳极，阴极与阳极距离通常小于10cm ，真空腔体内充入惰性气体，压力维持于0.1Torr 。
在电极间加一高压，低压气体被激发，发生辉光放电，产生等离子体，等离子体内的离子被加速向带负电的阴极运动，轰击表面，释放出二次电子，这些电子被加速，离开阴极。
在从阴极向阳极运动中，电子与中性粒子碰撞，在转移的能量小于气体原子的离化能时，原子被激发至高图1. 简单的溅射系统图2 电子在溅射区的运动轨迹能态，然后发射光子退激发，产生辉光。
若转移的能量足够高，原子被离化，产生离子，并被加速轰击阴极，是阴极表面的原子被从表面发射出来，产生溅射。
这种过程就是最简单的阴极溅射。
为了提高溅射效率，70年代在阴极溅射的基础上发展起来的一种新型的溅射镀膜的方法－磁控溅射镀膜。
它可以有效的克服了阴极溅射速率低和电子使衬底温度升高等致命的弱点。
磁控溅射是在溅射区加了与电场方向垂直的磁场，处于正交电场E 和磁场B 中的电子的运动方程为：式中e 和m 分别为电子的电量和质量。
它的运动轨迹如图2所示，即电子以轮摆线的形式沿着靶材的表面向垂直于E 、B 的方向前进，从而极大的延长了电子的行程，增加了电子和气体分子的碰撞几率，提高了电离的效率。
这使得等离子体的密度增加，因而溅射效率大为增加。
由于电子每碰撞一次就损失一次能量，故经过多次的碰撞后丧失了能量而成为“最终电子”进入离阴极靶面较远的弱电场区，最后打到阳极上，因此衬底的温度大为降低。
而高密度的等离子体被约束在靶面附近，正离子能有效的轰击靶面。
由于工作气压低，减少了溅射原子或分子与气体分子的碰撞，所以提高了淀积率。
平面磁控溅射靶是小型磁控溅射镀膜装置中通常采用的。
如图3所示，一组磁铁放置于靶后面，产生平行于靶表面的磁场。
典型的磁图3 平面磁控溅射靶的结构示意图 图4 一个实际的平面磁控溅射靶 图5 图4所示的磁控溅射靶工作时的辉光照片场强度为几百高斯。
在溅射过程中，等离子体功率的大部分是以热形式耗散于靶上，为避免出现过热，靶通常需用水冷却。
靶通常用机械方法固定。
为防止对靶的边缘或背面材料的溅射，靶边缘用接地挡板遮挡屏蔽。
图4示出了一个实际的平面磁控溅射靶，安装于一个超高真空法兰上。
图5则显示了改靶工作时表面出现的辉光。
三、实验装置本实验所用设备的结构如图6所示。
该设备的主要由真空镀膜室、抽气系统和控制系统组成。
真空镀膜室是镀膜过程发生的主要地方，抽气系统用来提供必要的真空度，控制系统是控制影响镀膜的各因素的操作台。
图6 实验中所采用的的镀膜装置四、实验过程1.打开电源，按升降按钮开启真空腔；2.安装蒸发舟（钽片或钼片制）；3.在蒸发舟中加入蒸发原料（本实验所用原料为铬粉）；在靶座上安装溅射靶材，并固定屏蔽盖。
4.安装待镀的玻璃衬底；5.关闭真空腔（注意真空密封，观察密封橡胶圈是否完全置于凹槽中）；6.开启冷却水，开启或关闭相关的阀门；7.开启机械泵抽粗真空，观察热偶规读数，记录抽速曲线，记录到达1pa真空度所需时间；8.热偶规读数到达1pa量级后开启涡轮分子泵，记录分子泵由加速到达正常转速所需时间、转速到达正常时的电离规读数，记录抽速曲线，；9.观察电离规读数，当真空度进入5×10-3Pa后开始加热蒸发舟；10.调节蒸发舟加热电流使蒸发舟到达预定的温度(可根据蒸发舟的亮度估计)，开启挡板开始对衬底进行蒸发，观察并控制蒸发时间；11.结束蒸发后，将加热电流降为零，使蒸发舟冷却；12.蒸发舟温度足够低后，调节挡板位置，开启氩气瓶及减压阀对真空腔充入氩气，控制充气阀及闸板阀、质量流量计，使真空腔中维持1Pa左右的恒定气压；13.通过温控仪维持衬底温度为300 C；14.打开直流溅射电源，调节溅射电流，到达额定功率(电压：～600V, 电流：0.3~0.5A),观察真空腔中起辉状况，开始镀膜；15.溅射预定时间后，将溅射电流调到零，关闭溅射电源，关闭衬底加热电源，衬底温度降到150 C后关闭氩气；16.依次关闭真空计、涡轮分子泵和机械泵，分子泵完全停止后向真空腔放气，打开真空腔，取出样品；17.关闭真空腔、停水、关动力电源。
五、实验要求1、认真预习实验，掌握真空系统基本的构造和原理，熟练掌握各阀门的作用和操作；2、根据真空蒸发和磁控溅射镀膜原理得到合适的实验参数并由实验来验证；3、独立操作完成真空蒸发和磁控溅射镀膜，得到合格样品为后续AFM的检测工作做准备。
六、实验记录数据气压抽至3Pa需要的时间：17分16秒分子泵达到450转速需要的时间：21分30秒-17分16秒= 4分14秒此时电离规读数：2.4 -2七、实验所得膜层的图样对比（右侧为蒸发镀膜样品）八、有关溅射所得膜层的质量分析1.真空蒸发镀膜所得到的膜层从外观上看均匀性更好，更加光滑和平整。
2.磁控溅射镀膜所得到的膜层从外观上看显得凹凸不平，原因可能是因为在镀膜过程结束后，打开腔体时，腔体中充入大量的空气，其中含有大量的氧气和水蒸气的成分，而在镀膜刚刚结束的时候，基底和膜层还处于一个温度较高的状态，这时空气中的氧气和水蒸气的成分与膜层表面发生反应，使得表面变得凹凸不平。
九、思考题1、开启机械泵抽粗真空时，根据热偶规读数，记录到达1pa真空度所需时间的目的？答：达到1pa的真空度时，所需要的时间为503s即8min23s。
在真空度达到1pa是可以开启涡轮分子泵。
因为涡轮分子泵的开启需要达到一定的真空度，否则会对涡轮分子泵造成巨大的伤害。
2.热偶规读数到达1pa量级后开启涡轮分子泵，记录分子泵由加速到达正常转速所需时间及到达正常时的电离规读数的目的？答：记录这些数据可以检测涡轮分子泵是否正常工作以及热偶规是否正常工作，确保后续试验的进行。
3.蒸发舟的加热温度如何确定？答：蒸发舟加热时会发出亮光，通过光亮的程度来确定蒸发舟是否达到了能够满足蒸发条件的预定温度。