真空镀膜实验-深圳大学材料教学实验中心
真空镀膜实验报告
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 110 ，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。
真空镀膜实验报告-(1)
真空镀膜 预习报告陈嘉琦 11990302【摘要】真空镀膜最为基础的两种方法就是蒸发法和溅射法。
本实验采用的是蒸发法镀膜。
理想的镀膜结果应在真空环境下进行，所以先对真空室进行抽真空，再进行镀膜。
一、引言真空镀膜也叫物理气相沉积（PVD ：physics vaporous deposit ），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。
不仅两种物理气相沉积方法已经大量应用于各个技术领域之中，而且为了充分利用这两种方法各自的优点，还开发出了许多介于上述两种方法之间的新的薄膜沉积技术。
二、实验目的1、复习巩固真空的获取实验2、完成镀膜过程三、实验原理真空镀膜是在真空室中进行的（一般气压低于Pa 2103.1-⨯），当需要蒸发的材料（金属或电介质）加热到一定温度时，材料中分子或原子的热振动能量可增大到足以克服表面的束缚能，于是大量分子或原子从液态或直接从固态（如2SiO 、ZnS ）汽化。
当蒸汽粒子遇到温度较低的工件表面时，就会在被镀工件表面沉积一层薄膜。
现在对源加热方式、真空度对膜层质量的影响及蒸发源位置对薄膜均匀性的影响等问题作简要说明。
（1）源加热器如图(a)(b)为电阻型源加热器，它们由高熔点的金属做成线圈状（称为丝源）或舟状（称为舟源）。
加热源上可承载被蒸发材料。
由于挂在丝源上的被蒸发物质（如铝丝）可形成向各个方面发射的蒸汽流，因此丝源可用为点源，而舟源则可近似围内发射的面源。
对于不同的被蒸材料，可选取由不同材料做成，形状各异的加热器。
电阻源加热器具有简便、设备成本低等优点，但由于加热器与蒸发物在电阻加热器上的装载量不能太多，因此所蒸膜厚也将受到限制。
图1(c)是一种电子束蒸发源的示意图。
它是利用高电压加速并聚焦的电子束经磁偏转，在真空中直接打到蒸发源表面，使蒸发物表面的局部温度升高并溶化来实现真空沉积的。
深圳大学课程教学大纲-深圳大学材料学院
深圳大学课程教学大纲课程编号:课程名称: 薄膜材料制备与技术开课院系: 材料学院制订(修订)人: 曹培江审核人: 批准人：2010年 05月 08日制(修)订课程名称:薄膜材料制备与技术英文名称: Fabrication and Technology of Thin Film Materials总学时: 36 其中：实验课2 学时(全体学生到F座F111参观真空蒸发设备和脉冲激光沉积设备) 学分: 2先修课程:大学物理教材:《薄膜材料制备原理、技术及应用》—唐伟忠著；冶金工艺出版社出版社参考教材:《薄膜物理与技术》—杨邦朝，王文生编著；电子科学出版社《薄膜技术》—王力衡；清华大学出版社《薄膜技术》—顾培夫；浙江大学出版社《真空技术物理基础》—张树林；东北工学院出版社《真空技术》—戴荣道；电子工业出版社《材料表面薄膜技术》—杨烈宇；人民交通出版社课程性质: 材料科学与工程专业，专业选修教学目标:1.通过本课程的学习，要求学生初步掌握真空及薄膜的物理基础，对真空获得、真空测量、气体放电、等离子体物理、离子溅射、薄膜生长等有较深入的了解；在重点掌握真空蒸镀、离子镀、磁控溅射、化学气相沉积、分子束外延等基本工艺的基础上，对迅速发展的薄膜技术有全面的了解；2.通过资料调研和课堂讨论，在重点了解一两种薄膜材料的基础上，对各种类型薄膜材料的制备、结构、性能及应用有系统的了解。
3. 通过本课程的学习，要求能够使用多种类型薄膜材料的设备、分析多种类型的薄膜的性能，并初步具备开发新设备、制备新材料的能力。
课程简介:薄膜技术与薄膜材料是当代真空科学与技术和材料学中最活跃的研究领域，与当代的众多先进科学技术密切相关，在高新技术产业占具有极为重要的地位。
本课程包括真空及薄膜的物理基础、薄膜工艺和薄膜材料等三部分内容。
通过本课程的学习，要求学生初步掌握真空及薄膜的物理基础，对真空获得、真空测量、气体放电、离子溅射、薄膜生长等有较深入的了解；重点掌握真空镀膜、离子镀、磁控溅射、化学气相沉积、分子束外延等基本工艺；对薄膜材料的制备、结构、性能及应用有系统的了解。
真空蒸镀ITO薄膜退火特性分析
第13卷 第1期2008年2月哈尔滨理工大学学报JOURNAL HARB I N UN I V .SC I .&TECH.Vol 113No 11 Feb .,2007真空蒸镀I T O 薄膜退火特性分析许 晶, 桂太龙, 梁丽超, 王 玥(哈尔滨理工大学应用科学学院,黑龙江哈尔滨150080)摘 要:采用真空蒸发镀膜工艺制备了I T O 透明导电薄膜,以四探针表面电阻仪测量得薄膜方块电阻为400Ω,用组合式多功能光栅光谱仪测得透光率为80%,利用扫描电镜测得膜厚为103nm.用XRD 分析了薄膜的物相,并用原子力显微镜分析了薄膜的表面形貌及粗糙度.对薄膜进行退火处理,结果表明,随着热处理温度的升高,晶化趋于完整,组织结构逐渐均匀致密,晶粒有所长大.随退火时间的增加,透光率增加,但方块电阻先减小后增加.关键词:铟锡氧化物;真空蒸发镀膜;方阻;透光率中图分类号:T N32115文献标识码:A 文章编号:1007-2683(2008)01-0093-03A nalysis on the A nnealing Properties of ITO Thin Fil m Preparedby V acuous Evaporation M ethodXU J ing, G U I Tai 2long, L I AN G L i 2chao, WAN G Yue(App lied Science College,Harbin Univ .Sci .Tech .,Harbin 150080,China )Abstract:Hyal oid I T O conducting thin fil m was p repared by vacuous evaporati on p lating p r ocess .A Sheet re 2sistance of 400Ω/was obtained by f our point resitivity test syste m.And penetrati on coefficient was 80%which was measured by grating s pectr ograph .The fil m thickness was 103nm which was measured by SE M.XRD and at om ic force m icr oscope were used t o analyze the phase,fine texture and r oughness .The thin fil m was annealed .The re 2sult showed that crystallizati on tended t o be more comp lete,texture tended t o be more compact and the crystal grain gr owth was f ound .The sheet resistance firstly decreased and then increased but the penetrati on coefficient increased with the increasing of the annealing ti m e .Key words:I T O;evaporati on;sheet resistance;penetrati on coefficient收稿日期:2006-12-22基金项目:黑龙江省自然科技基金(E2004-05);黑龙江省教育厅科技项目(11511091).作者简介:许 晶(1982-),女,哈尔滨理工大学硕士研究生.1 引 言掺锡氧化铟(I ndium Tin Oxide 简称I T O )是一种重掺杂、高简并n 型半导体.20世纪末以来,I T O 薄膜以其低的方块电阻,高可见光透射率,红外高反射比,良好的化学稳定性,玻璃基体结合牢固,抗擦伤及其半导体特性等优点,被广泛应用于太阳能电池、显示器、气敏元件、抗静电涂层以及半导体/绝缘体/半导体(SI S )异质结、现代战机和巡航导弹的窗口等.近年来,由于I T O 薄膜材料所具有的优异光电特性,其应用得到迅速发展,特别是在薄膜晶体管(TFT )制造[1]、平板液晶显示(LCD )、太阳能电池透明电极以及红外辐射反射镜涂层[2]、火车飞机用除霜玻璃、建筑物幕墙玻璃等方面[3],其应用得到迅速推广.I T O 薄膜的制备方法很多,常见的有真空蒸镀法、化学气相沉积法、喷涂法、磁控溅射法、水热法[4]、溶胶-凝胶法[5]等.本文采用真空热蒸发方法制备了I T O透明导电薄膜.2 实 验211 I T O薄膜的制备本实验采用DMC-450C型镀膜机制备I T O透明导电薄膜.蒸发源材料为韩国EURAMA有限公司生产的I T O材料(其中I n2O3∶Sn O2的质量比为90%:10%).基片为生物玻璃,规格为2515mm×7515mm×1mm.玻璃基片首先用丙酮,乙醇及去离子水分别进行超声波清洗30m in.之后在真空干燥箱中烘干.蒸发装置为钼舟.蒸发源距基片的距离为6c m.蒸发电流为65A.蒸发时间为80s.212 I T O薄膜的处理所制备的I T O薄膜在电阻炉中进行退火处理. 213 I T O薄膜的分析所制备的I T O薄膜的方块电阻由ZS-82型四探针表面电阻测试仪测得.透光率由W G D-3型组合式多功能光栅光谱仪测量(波长范围为300～780n m 的紫外-可见区域).表面形貌由Nano ScopeⅢ型原子力显微镜测得.利用型X射线衍射仪测量其XRD 谱.薄膜的能谱成分由能谱仪获得.3 实验结果与讨论311 退火处理对I T O薄膜性能的影响31111 退火处理对结晶程度的影响图1为未进行退火处理薄膜的XRD结果.由图中可看出谱线为I n2O3和I n.图2为退火处理后(450℃时退火10m in)薄膜的XRD谱.其谱线只有I n2O3晶体的衍射谱线.这是由于在空气中退火后,金属I n和空气中的氧气反应生成了I n2O3氧化物.在两种薄膜的XRD谱中均未发现Sn元素的存在.这表明Sn是以取代I n的掺杂方式进入I n2O3晶体的晶格,所制备的薄膜不是I n2O3和SnO2简单的物理混合.31112 空气中退火处理对薄膜透光率的影响在空气中退火后薄膜的透光率增加.原因是未退火处理时,由于蒸镀到玻璃基片上的膜为I n和I n2O3的混合物,由于存在金属I n(黑色),所以薄膜的透光率很低.在空气中退火处理后,I n和空气中的氧反应生成I n2O3,由于I n2O3是透明的,所以薄膜的透光率急剧增加.图3为透光率(测试波长为675n m)随退火时间的变化曲线.退火温度为450℃.31113 空气中退火处理对薄膜方块电阻的影响I T O薄膜的导电主要有两个原因.第一是由于用Sn4+占据晶格中的I n3+的位置,会形成一个一价正电荷中心Sn和一个多余的价电子,这个价电子挣脱束缚而成为导电电子.第二是由于氧空位造成的.薄膜的电性能由载流子浓度和迁移率决定,ρ=1/σ=1/neμ,ρ为电阻率,σ为电导率,n为载流子浓度,μ为迁移率.在常温下沉积的薄膜样品通常是非晶结构,薄膜基本呈金属态,薄膜的微观结构基本是非晶的,大量的缺陷对掺杂元素的扩散起到很大的阻碍作用,产生的局部能级对电子产生很大束缚作用.另外由于晶粒尺寸较小,大量的晶界对电子有强烈的散射作用,从而使电子的传导作用大大降低.随着退火温度的提高,对掺杂效应有很大影响的缺49哈 尔 滨 理 工 大 学 学 报 第13卷 陷大大减小,使载流子浓度增加.同时由于薄膜微观结构的结晶化,晶粒长大,晶界对载流子的散射也减弱,从而使载流子的迁移率得到提高[6],薄膜的电导率明显提高.但如果在空气中退火时间过长(超过10m in ),实验表明,电阻就会迅速增加.这是由于薄膜中的金属完全和氧气反应生成了氧化物,此时薄膜中的氧空位降低,致使薄膜的方块电阻急剧增加[7].退火温度为450℃.退火时先将炉温升至450℃,之后将样品放入.图4为方阻随退火时间的变化曲线.312 I T O 薄膜的表面形貌采用原子力显微镜在轻敲模式(tap )下对退火(450℃下处理10m in )后的I T O 薄膜的表面形貌进行测试,得出扫描区域的二维表面形貌及三维形貌,同时计算该区域的表面粗糙度.退火处理后,薄膜的表面粗糙度明显得到改善.处理前粗糙度为4nm ,处理后下降到217n m.下降了大约1/2.图5和图6为I TO 薄膜的二维和三维原子力显微镜照片.从图5和图6可以看出,真空热蒸镀制备的I T O 薄膜均匀、致密,无开裂缺陷,薄膜的底层已连接成片,颗粒分布窄,形状规整,而表层则随机分布着一些岛状颗粒,符合薄膜成核-生长论所描述的薄膜形成过程,表明I T O 薄膜在基片上的生长过程实质上是一个异相成核-晶体生长的过程.4 结 语采用氧化铟锡(其中I n 2O 3∶SnO 2的质量比为9:1)为蒸发源制备出透明的I T O 导电薄膜.经退火处理后薄膜的方阻降低,透光率增加.XRD 结果表明Sn 4+离子替换I n 3+离子,形成I n 2O 3置换固溶体.随着热处理温度的升高,薄膜晶化程度趋于完整,晶粒有所长大,薄膜结构比较均匀致密.450℃热处理时薄膜完全晶化.薄膜的方块电阻为400Ω/口,透光率为80%.参考文献:[1] 李世涛,乔学亮,陈建国.透明导电薄膜的研究现状及应用[J ].激光与光电子学进展,2003,40(7):54-56.[2] 赵谢群.透明导电氧化物薄膜研究现状与产业化进展[J ].电子元件与材料,2001,19(1):40-41.[3] 王 敏,蒙继龙.透明导电氧化物薄膜的研究进展[J ].表面技术,2003,32(1):527.[4] 王 薇,杜启云.聚甲基丙烯酸N,N -二甲氨基已脂复合纳滤膜的制备[J ].膜科学与技术,2005,25(3):45.[5] ALAMM J,CAMERON D C .Op tical and Electrical Pr operties ofTrans parent Conductive I T O Thin Fil m s Deposited by Sol -gel Pr ocess [J ].ThinSolid Fil m s,2000,377/378:455-459.[6] 林 钰,辛荣生,贾晓林.淀积温度和氧含量对I T O 膜结构及性能的影响[J ].稀有金属,2003,27(4):510-512.[7] OY AMA T,HASH I M OT O N,SH I M I Z U J,et al .Low ResistanceI ndium Tin Oxide Fil m s on Large Scale Glass Substrate [J ].J Vac Sci Technol A,1992,10(4):1683-1684.(编辑:付长缨)59第1期许 晶等:真空蒸镀I T O 薄膜退火特性分析。
实验十二真空镀膜
实验十二真空镀膜引言在真空中使固体表面（基片）上沉积一层金属、半导体或介质薄膜的工艺通常称为真空镀膜。
早在19世纪，英国的Grove和德国的Plücker接踵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。
后于1877年将金属溅射用于镜子的生产；1930年左右将它用于Edison唱机录音蜡主盘上的导电金属。
以后的30年，高真空蒸发镀膜又取得了飞速发展，这时已能在实验室中制造单层反射膜、单层减反膜和单层分光膜，而且在1939年由德国的Schott等人镀制出金属的FabryPerot干与滤波片，1952年又做出了顶峰值、窄宽度的全介质干与滤波片。
真空镀膜技术历经一个多世纪的发展，目前已普遍用于电子、光学、磁学、半导体、无线电及材料科学等领域，成为一种不可缺少的新技术、新手腕、新方式。
实验目的1.了解真空镀膜机的结构和利用方式。
2.掌握真空镀膜的工艺原理及在基片上蒸镀光学金属、介质薄膜的工艺进程。
3.了解金属、介质薄膜的光学特性及用光度法测量膜层折射率和膜厚的原理。
实验原理从镀膜系统的结构和工作机理上来讲，真空镀膜技术大体上可分为“真空热蒸镀”、“真空离子镀”及“真空阴极溅射”三类。
真空热蒸镀是一种发展较早、应用普遍的镀膜方式。
加热方式主要有电阻加热、电子束加热、高频感应加热和激光加热等。
1.真空热蒸镀的沉积条件（1）真空度由气体分子运动论知，处在无规则热运动中的气体分子要彼此发生碰撞，任意两次持续碰撞间一个分子自由运动的平均路程称为平均自由程，用λ表示，它的大小反映了分子间碰撞的频繁程度。
P d kT22πλ=（8.2-1）式中：ｄ为分子直径，Ｔ为环境温度（单位为Ｋ），Ｐ为气体压强。
在常温下，平均自由程可近似表示为：)(1055m P -⨯≈λ （8.2-2）式中：P 为气体平均压强（单位为Ｔｏｒｒ）。
表8.2-1列出了各类真空度（气体平均压强）下的平均自由程λ及其它几个典型参量。
真空镀膜实验报告
真空镀膜实验报告 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】真空镀膜实验刘明祖物理21指导老师：侯清润实验日期：2015年11月12日【摘要】本实验以氟化镁和硫化锌为靶材，通过真空蒸镀使之发生气化，又促使其在基片上成膜，进而制备高反膜。
实验中我们测定蒸镀时腔体内气压变化，借以探知蒸镀随时间变化的情况；在制备高反膜时，我们测定参考光源的反射信号，借以监控膜厚和控制蒸镀材料的转换。
通过实验，我们考察了真空镀膜技术的机理，得到了含有镀层的基片。
关键词：真空镀膜，高反射膜，蒸镀一引言真空镀膜技术是在光学、磁学、半导体物理学、微电子学、激光技术等领域广泛采用的工业生产技术，其主要理论背景是固体物理的基本理论。
当温度升高时，固体材料中原子的自由能升高，当自由能提高到足以克服晶格束缚时，固体原子成为自由原子离开固体材料。
为了监控膜厚，我们利用高反膜原理，即：光在多层介质界面上发生反射和折射，而折射光相互抵消、反射光相互叠加，导致整体呈现高反射率。
高反膜对每层介质的厚度要求很高，故可用于检测。
二实验实验装置如图1所示。
图1 实验装置高真空镀膜机由高真空镀膜腔，真空系统，提升机构，光学测量系统，电气控制与安全保护系统等部分组成。
实验过程如下（摘自讲义）：三实验结果及讨论1. 蒸镀气压随时间的变化情况经过数小时的真空处理后，蒸发腔内气压降至10-3Pa量级。
之后加热蒸发源，首先加热装有氟化镁的钼舟，待气压稳定后，加热装有硫化锌的钼舟。
根据记录的原始数据，做出蒸发腔内气压随时间变化的关系曲线，如图2所示。
图2 蒸发腔气压随时间变化图中上方曲线为硫化锌，下方曲线为氟化镁，纵坐标为腔内气压，单位为10-3Pa，横坐标为时间，单位为min。
由图中可以看到，对于氟化镁，随着加热过程的进行，真空室内的气压显着上升，而增速不断下降，最终趋于稳定；对于硫化锌，这个过程同样存在，但显着平缓。
真空镀膜实验报告
真空镀膜实验报告真空镀膜实验报告引言：真空镀膜技术是一种将金属薄膜沉积在基材表面的方法，通过控制沉积参数和真空环境，可以获得具有特殊功能和性能的薄膜材料。
本实验旨在探究真空镀膜技术的原理和应用，以及分析实验结果。
一、实验原理真空镀膜技术是利用真空环境下的物理或化学过程，在基材表面形成一层金属薄膜。
实验中，我们使用了蒸发镀膜的方法。
首先，将金属材料（如铝）置于真空腔体中的加热器内，然后加热金属材料，使其蒸发成气体。
蒸发的金属气体通过减压系统，进入到基材表面，形成金属薄膜。
二、实验步骤1. 准备基材：将需要镀膜的基材（如玻璃片）进行清洗和处理，以确保表面干净和平整。
2. 装置真空镀膜设备：将基材放置在真空腔体中，确保基材与蒸发源之间的距离适当，并调整真空度。
3. 加热蒸发源：打开加热器，将金属材料加热至蒸发温度，使其蒸发成气体。
4. 控制沉积速率：通过控制蒸发源的温度和真空度，调节金属气体的流量和速率，以控制金属薄膜的厚度和均匀性。
5. 结束镀膜：达到所需的薄膜厚度后，关闭加热器和真空泵，待系统冷却后取出基材。
三、实验结果与分析通过实验，我们成功制备了一层铝薄膜。
观察镀膜表面，可以发现薄膜均匀、光滑，并且与基材紧密结合。
这是因为在真空环境下，金属气体分子自由扩散，避免了空气中的杂质和氧化物对薄膜形成的干扰。
此外，薄膜的厚度也可以通过调节蒸发源的温度和时间来控制，实验中我们制备了不同厚度的铝薄膜。
四、应用前景真空镀膜技术在许多领域具有广泛的应用前景。
首先，它可以用于制备具有特殊功能的薄膜材料，如防反射涂层、导电薄膜、光学滤波器等，广泛应用于光学、电子、航空航天等领域。
其次，真空镀膜技术还可以用于改善材料的表面性能，如增加材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等。
此外，真空镀膜技术还可以用于制备纳米材料和纳米结构，用于研究纳米尺度下的物理和化学性质。
结论：通过本次实验，我们深入了解了真空镀膜技术的原理和应用。
实验结果表明，真空镀膜技术可以制备出具有特殊功能和性能的薄膜材料，并且具有广泛的应用前景。
(完整word版)真空镀膜试验
真空镀膜实验一、实验目的真空镀膜技术广泛地应用在现代工业和科学技术中，光学仪器的反射镜，增透镜，激光器谐振腔的高反射膜，计算机上存储和记忆用的磁性薄膜，以及材料表面的超硬薄膜。
此外在电子学、半导体等其它各尖端学科也都采用了真空技术。
本实验的目的是学习真空蒸发镀膜技术。
通过本门实验，要求学生掌握如下几点：①较系统了解真空镀膜仪器的结构；②了解真空系统各组件的功能；③了解石英晶体振荡器测厚原理；④掌握真空蒸镀的基本原理；⑤了解真空镀膜仪器的基本操作。
二、预习要求要求学生在实验之前对真空系统有一定了解，可以通过以下几本相关书籍获得相关信息。
《薄膜材料制备原理、技术及应用》——唐伟忠著，冶金工艺出版社出版社；《薄膜物理与技术》——杨邦朝，王文生编著，电子科学出版社；《薄膜技术》——王力衡，清华大学出版社；《薄膜技术》——顾培夫，浙江大学出版社；《真空技术物理基础》——张树林，东北工学院出版社；《真空技术》——戴荣道，电子工业出版社。
三、实验所需仪器设备实验过程需要的主要设备为DMDE 450型光学多层镀膜机。
真空镀膜机：本实验使用DMDE-450光学多层镀膜机，其装置结构如图3所示。
它主要由真空系统、蒸发设备及膜厚监控系统组成。
真空系统由各种真空器件组成，主要包括：真空室；真空泵（机械泵、和分子泵）；真空导管；各种真空阀门和测量真空度的真空计等。
高真空阀门为碟式，机械泵与分子泵的连通阀门为三同式，将阀门拉出时，机械泵可以直接对镀膜室抽气，推入时机械泵与分子泵连通，同时也切断了机械泵与镀膜室的连接。
蒸发系统由真空钟罩，蒸发电极（共有二对），活动挡板，蒸发源，底盘等组成。
蒸发源安装在电图3镀膜机装置图1电离管2高真空碟阀3分子泵4机械泵5低真空磁力阀6储气桶7低真空三同阀8磁力充气阀9热偶规10钟罩11针型阀极上。
为了改善薄膜厚度的不均匀性，一般镀膜机的低压电极往往安装在底盘的一侧，并使要镀的基片随工作架旋转。
真空镀膜实验报告
近代物理实验实验报告真空镀膜学院数理与信息工程学院班级姓名学 号时 间摘要：通过本实验，我们温习了真空的特点、获得和测量，学习掌握真空蒸发镀膜的基本原理，通过热蒸发法用金属锡为材料对基底玻片表面进行了镀膜。
关键词：真空 真空镀膜 实验步骤0 引言：真空镀膜技术是一种新颖的材料合成与加工的新技术，是表面工程技术领域的重要组成部分。
真空镀膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆一层特殊性能的镀膜，从而使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，达到提高产品质量、延长产品寿命、节约能源的作用。
1950年后，真空获得和测量取得的进展推动了真空镀膜技术迅速实现产业化，使薄膜技术获得腾飞。
20世纪70年代各种真空镀膜技术的应用全面实现产业化。
目前真空镀膜技术已在国民经济各个领域得到应用，如航空、航天、电子、信息、机械、石油、化工、环保、军事等领域。
它在高技术产业化的发展中展现出了诱人的市场前景，被誉为最具有发展前途的重要技术之一。
本次实验，我们在真空的获得和测量的基础上，进一步学习掌握了真空热蒸发法镀膜，大致掌握其技术要领，分析镀膜情况。
1 实验原理关于真空的获得和测量已在上个学期的实验中了解过，在此就不在赘述。
真空镀膜是在真空室中进行的，当需要蒸发的材料加热到一定温度时，材料中分子或原子的热振动能量可增大到足以克服表面的束缚能。
于是大量分子或原子从液态或直接从固态汽化。
当蒸汽粒子遇到温度较低的工件表面时，就会在被镀工件表面沉积一层薄膜。
要使玻璃表面在真空室中镀上一层厚度均匀的膜，为此对玻璃的表面就有一定的要求，比如清洁，没有油污等。
在真空条件下可减少蒸发材料的原子、分子在飞向制品过程中和其他分子的碰撞，减少气体中的活性分子和蒸发源材料间的化学反应（如氧化等），从而提供膜层的致密度、纯度、沉积速率和与附着力。
通常真空蒸镀要求成膜室内压力等于或低于10-2Pa ，对于蒸发源与被镀制品和薄膜质量要求很高的场合，则要求压力更低（10-5Pa ）。
真空镀膜
§7.2 真空镀膜一些光学零件的光学表面需要用物理方法或化学方法镀上一层或多层薄膜，使得光线经过该表面的反射光特性或透射光特性发生变化，许多机械加工所采用的刀具表面也需要沉积一层致密的、结合牢固的超硬镀层而使其得以硬化，延长其使用寿命，提高切削效率，从而改善被加工部件的精度和光洁度．目前，作为物理镀膜方法的真空镀膜，尤其是纳米级超薄膜制作技术，已广泛地应用在电真空、无线电、光学、原子能、空间技术、信息技术等高新技术领域及我们的生活中． 一、实验目的1.学习有关物理概念，掌握真空蒸发镀膜原理和设备操作．2.在7-1节基础上进一步学习和掌握高真空的获得与测量方法．二、实验原理真空镀膜实质上是在高真空状态下利用物理方法在镀件的表面镀上一层薄膜的技术，它是一种物理现象．真空镀膜按其方式不同可分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和现代发展起来的离子束镀膜．这里只介绍真空蒸发镀膜技术．众所周知，任何物质总在不断地发生着固、汽、液三态变化，设在一定环境温度T 下，从固体物质表面蒸发出来的气体分子与该气体分子从空间回到该物质表面的过程能达到平衡，该物质的饱和蒸气压为s P ，则)/(RT H s Ke P ∆-= （1）式中H ∆为分子蒸发热，K 为积分常数，R=8.3144J ·mol -1·K -1为气体普适常量，T 为环境温度．在真空条件下，设物质表面的静态压强为P ，则单位时间内从该物质(称为蒸发材料〉单位凝聚体表面蒸发出来的气体分子的质量即蒸发率为 )(10833.52P P T M Γs -⨯=-α （单位：g/cm 2s ） （2） α为蒸发系数，M 为分子量．蒸发出来的这些气体分子有一部分遇到其它物质(称为镀件)便会吸附在上面，从而形成一层薄膜．由(2)式可以看出，蒸发率Γ与环境温度T 和环境压强P 有关，T 越低(可以进行加热〉，P 越小，则Γ越大．另外，P 越小即真空度越高，则气体分子的平均自由程：)2/(12nd πλ=．其中d 为分子的有效直径，n 为单位体积内的气体分子数，n = P/(kT)， k =1.38×10一23 λ越大则该物质的气体分子越容易无阻挡地、直线地到达镀件表面，从而形成一层均匀、牢固的薄膜．故镀膜过程须在高真空状态下进行．现附表1列出气体分子在不同气压P 下的平均自由程λ．表1 气体分子在不同气压下的平均自由程镀膜层的质量和厚度还跟蒸发源(蒸发材料的基床)的形状和镀件到蒸发源的距离有关．(1)如果蒸发源可以被看作是一个点蒸发源，则镀件到蒸发源距离最近部分的膜层厚度L 0为： L 0=)4/(2h m πρ．其中m 为蒸发源的质量(g)，ρ为蒸发源的密度，h 为镀件到蒸发源的最近距离．而镀件其它部分的膜层厚度L 为：L=L 0/[1+(δ/h )2]3/2．δ为镀件被观测点到蒸发源最近点的距离．(2)如果蒸发源是面蒸发源，那么镀件到蒸发源中心点距离最近部分的膜层厚度L 0为： L 0=)/(2h m πρ， 而镀件其它部分的膜层厚度L 为： L =L 0/[1+(δ/h )2]2．三、实验装置本实验采用DM-450C 型真空镀膜机进行抽真空并镀膜．真空度的测量采用FZH-2B 型复合真空计． 真空镀膜机由三部分组成(见图7-2-l)抽真空系统、电气系统、镀膜室．图7-2-1 真空镀膜机的结构抽真空主要采用2XZ-8型旋片式机械泵和K-200型油扩散泵进行．真空测量装置为FZH-2B 复合真空计，有关真空泵工作原理和复合真空计的原理及使用请参阅实验“真空的获得与测量”有关部分．图7-2-2 真空镀膜机电原理图真空镀膜机的电路原理如图7-2-2所示．镀膜室由钟罩、蒸发器、挡板、轰击棒支架、烘烤炉等组成．如图7-2-3所示．钟罩和底板组成一个密封的真空室，在室内能进行各种操作．蒸发器由加热电极和蒸发源两部分组成，蒸发源有钨丝绕成的螺旋状和由钼片折成的舟状两种形式．蒸发源上面的挡板可通过钟罩外的控制装置转动．它能挡住一些奔向镀件的杂质蒸汽分子．把轰击棒接在负高压电极上，当加上直流高压时，真空室内残余气体放电而电离，并受负高压的作用加速撞击钟罩四壁及镀件表面，轰击吸附在上面的气体分子，然后把它们抽出，从而提高了真空度和镀件的清洁度．放置镀件的支架可以转动，以便镀上均匀的膜层．通过烘烤炉对镀件加热，提供最佳的基底温度使镀膜层非常牢固．四、实验内容及步骤本实验要求在一块平面玻璃的表面镀上一层铝反射膜．1. 准备工作：(1) 钨丝与铝丝洗涤方法：先用清水冲净尘埃，再用浓度为20%的氢氧化钠溶液煮10余分钟(铝条煮半分钟)，除去表面氧化物和油迹，达到钨发亮为止，然后用清水冲净，浸在去离子水中刷洗，最后取出用红外灯烘干便可．(2) 玻璃片的洗涤方法： 用去污粉擦洗去除一般油污和尘埃，清水冲洗后放在重铬酸钾和硫酸混合液中浸10-30分钟，然后用自来水、蒸馏水冲洗．最后用无水乙醇脱水烘干，整个过程手不能与被镀表面直接接触．2. 安装： 打开机器总电源，见指示灯亮后，开“充气”，充气完毕后打开“升钟罩”开关，钟罩被提升，用无水酒精棉球清洗钟罩边缘和观察窗．把绕成螺旋状的钨丝或作成舟状的钼片任意安装在四个蒸发电极上，把弯成“V ”形的铝丝挂在钨丝上，将玻璃安装在工件支架上．开“降钟罩”使扣下的钟罩边缘密封好．3. 抽真空：打开“机械泵”， 低阀处于“抽钟罩”位置，接通热电偶真空计进行测量．当钟罩内真空度达到1.3Pa 时，开“轰击”，和“工件旋转”，旋钮，调节变压器1BZ 逐步升高电压至2000V 左右，调节针阀使钟罩内真空度保持在6.7Pa ，轰击约20min 后，将变压器调回零，关针阀，关“轰击”，关“工件旋转”，将低阀置于“抽系统”位置，接通扩散泵冷却水，开“机械泵、扩散泵”对扩散泵加热，约20min 后，同时观测系统真空度在6.7Pa 以上，打开高阀，监测钟罩内真空度，当真空度超过1.33×10-1Pa 时，接通电离真空计测量．4.镀膜： 当真空度达到1.33×10-1Pa 时，开“烘烤”，调节变压器2BZ 烘烤镀件，使镀件获得基底温度；当真空度达到6.7×10-3Pa 以上时选择好蒸发电极，插入电流分配塞，开“蒸发”，调节变压器1BZ ，逐渐加大电流使铝丝预熔(钟罩内真空度同时下降)，此时用挡板挡住蒸发源避免初熔时杂质蒸发到玻璃上；当钟罩内真空度恢复到6.7×10-3Pa 以上时，再加大蒸发电流，同时移去挡板，此时从观察窗中可以看到铝丝逐渐熔化缩成液体小球，然后迅速蒸发，玻璃上便附着了一层铝膜．5.结束： 关高真空测量，停扩散泵加热炉，关高阀，低阀仍处于“抽系统位置”，开“充气”，充气完毕后开“升钟罩”，取出镀件．清洗镀膜室，开“降钟罩”，扣下钟罩后，将低阀置于“抽钟罩 ”位置，抽钟罩3-5min 后停机械泵，关总电源，再过1h 后关闭扩散泵冷却水． 五、注意事项l ．当镀膜室处于真空状态时，绝对不可提升钟罩，否则将损坏提升机构．图7-2-3 镀膜室结构图2．扩散泵工作时，必须使镀膜室处于低真空，真空度达到1.3Pa时，才能开“高阀”，绝不允许在钟罩降下后，马上开“高阀”，以免扩散泵油氧化．实验过程中要保证冷却水的畅通，镀膜完毕后也不能马上关闭冷却水．3．镀膜结束时，应首先切断高真空测量，再关“高阀”，然后镀膜室充气，以免电离规管损坏和扩散泵油氧化．4．中途突然停电，应立即切断高真空测量，再关“高阀”，“低阀”拉出置于“抽钟罩”位置．来电后，待机械泵工作2-3分钟后，再恢复正常工作．六、思考题1.有哪些因素会影响镀膜层的厚度和质量?2.真空度对镀膜有何影响，为什么压强较高时无法镀膜？3.为什么在大气状态下不能进行轰击？轰击颜色及光强将随真空度变化，试解释之．4.若在实验过程中突然停水、停电，你作何应急处理?5.一般常用的物理镀膜方式有几种?6.制作的铝反射膜一擦即掉，是什么原因造成的?7.制作的铝反射膜薄厚不均匀，主要是什么原因造成的?8.镀膜过程中观察窗易被覆盖，你能想一种办法，既能镀膜，又使观察窗不被覆盖吗? 试讲出你的办法．9.蒸发镀膜适用于镀什么材料?10.镀膜过程中，为什么要先用挡板挡住蒸发源一段时间?11.气体分子的平均自由程与气体压强有什么关系? 给出其表达式．。
真空镀膜实验报告
真空镀膜实验报告
《真空镀膜实验报告》
实验目的：
本实验旨在通过真空镀膜技术对不同材料进行表面处理，探究其在改善材料性能和应用领域中的潜在作用。
实验材料：
1. 玻璃基板
2. 金属薄膜
3. 有机聚合物薄膜
4. 硅基薄膜
实验步骤：
1. 将玻璃基板置于真空镀膜仪器内部。
2. 通过真空泵抽取仪器内部空气，使得内部压力降至极低水平。
3. 依次进行金属薄膜、有机聚合物薄膜和硅基薄膜的镀膜操作。
4. 测量并记录各种薄膜的厚度和表面形貌。
实验结果：
1. 金属薄膜：在真空环境下，金属薄膜表面呈现出均匀、致密的特性，具有优异的导电性和光学性能。
2. 有机聚合物薄膜：真空镀膜后，有机聚合物薄膜表面平整光滑，具有良好的防腐蚀和耐磨损性能。
3. 硅基薄膜：经过真空镀膜处理后，硅基薄膜的表面形貌得到了显著改善，具有更高的光学透明度和化学稳定性。
实验结论：
通过真空镀膜技术，不同材料的表面性能得到了有效改善，展现出了广泛的应用前景。
金属薄膜可用于电子元件和光学器件的制备，有机聚合物薄膜可用于包装材料和防腐蚀涂层的制备，硅基薄膜可用于光学镜片和光伏电池的制备等领域。
总结：
真空镀膜技术作为一种重要的表面处理方法，为材料的功能性设计和性能优化提供了新的途径。
通过不断深入研究和实验探索，相信真空镀膜技术将在材料科学和工程领域中发挥越来越重要的作用。
真空镀膜及材料生长
实验3：真空镀膜及材料生长周震亚华中科技大学物理学院应用物理1101班 U201110249摘要：真空直流溅射镀膜金属薄膜的吸光度/透射率金属薄膜结构和形貌实验内容：1.根据提供的设备和材料，制定清洗衬底的方案2.采用小型直流溅射仪，在清洗干净的衬底上制备金属铜薄膜和银薄膜3.运用紫外分光光度计，测量金属薄膜的吸光度/透射率，分析与制备工艺之间的联系实验原理：真空知识简介“真空”是指低于一个大气压的气体状态。
在真空技术中，以“真空度”来表示气体的稀薄程度，真空度越高，气体压强越低。
通常气体的真空度直接用气体的压强来表示，常用单位为帕斯卡（Pa）或毫米汞柱（mmHg）——简称乇（Torr），它们之间的关系为：1毫米汞柱（mmHg）=1乇（Torr）=133帕斯卡（Pa）。
在物理学中，真空度分为粗真空（105～102Pa），低真空（102～10-2Pa），高真空（10-2～10-6 Pa），超高真空（10-6～10-10 Pa）和极高真空（<10-10 Pa）。
直流溅射镀膜技术所谓“溅射”是指荷能粒子轰击固体表面（靶材），使固体表面的原子（或分子）从表面射出的现象。
这些从固体表面射出的粒子大多呈原子状态，通常称为被溅射原子。
常用的轰击靶材的荷能粒子为惰性气体离子（如氩离子）和快速中性粒子，它们又被称为溅射粒子。
溅射粒子轰击靶材，从而使靶材表面的原子离开靶材表面成为被溅射原子，被溅射原子沉积到衬底上就形成了薄膜。
所以这种薄膜制备技术又称为溅射法。
溅射法基于荷能粒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，即溅射离子都来源于气体放电。
不同的溅射技术所用的辉光放电方式有所不同。
直流溅射法利用的是直流电压产生的辉光放电；射频溅射法是利用射频电磁场产生的辉光放电；磁控溅射法是利用平行于靶材表面的磁场控制下的辉光放电。
简单的直流二极溅射法可以镀金属、合金以及一些低导电性的材料，但是不能直接镀绝缘材料。
磁控溅射真空制膜技术
贵州大学学报 ( 自然科学版 ) Journa l o f G uizhou U n ive rsity ( N atura l Sc iences)
Vo. l 24 N o . 1 Jan. 2007
文章编号
1000- 5269( 2007) 01- 0068- 03
*
磁控溅射真空制膜技术
余 平, 任雪勇, 肖清泉, 张晋敏
Abstract : T he basic concepts and characterist ics about th e current m odel circuit and trans conductor ( gm ) have been g iven , the m ethod of enhancing linear sca le of transm ission characteristics of input end and enlarg ing lin ear area are in vestig ated and proposed . K ey words : Operational T ransconductance Am p lifier ; T ransconductor ; the current m ode l c ircui; t L inear izatio n
4 结论
1) 磁控溅射制备的非晶膜经过一定功率的激光扫描 , 对薄膜处理起到退火的作用, 生成了 和
70
贵州大学学报 ( 自然科学版 )
第 24 卷
图1
3#的 XRD 图
图 2 2#的 SE M 图像图3 FeSi样品的折射率和吸收系数
相的 FeSi2; 如果要得到单一相的 F eS i2 膜, 必须严格控制薄膜的处理条件。处理后的样品有明显的晶粒 生成, 但不均匀 , 呈多晶状态。 2) 激光功率在 16- 19A 时明显改变了薄膜的光学特性, 引起吸收系数在 3 0eV 附近明显增大 , 即 在可见光范围内存在吸收边, 同时激光导致的样品表面损伤十分明显。当处理电流小于 16A 时 , 对薄 膜光学性质影响极小。 3) 对 Fe / S i膜, 较好的制膜条件是: 本底气压 2 10 P a , 工作气压 2 0P a , 气体流量 30sccm, 溅 射功率 100 W 左右。 (下转第 86 页 )
真空镀膜试验-深圳大学材料教学试验中心
专业实验（1）干涉法测厚实验一、实验目的薄膜厚度对薄膜的各种性质有着较大的影响。
测量薄膜厚度的方法有许多种，如称重法、石英晶体振荡法、台阶仪法等。
本实验的目的是用干涉显微镜测量膜厚。
通过本门实验，要求学生掌握如下几点：①对干涉显微镜结构有较系统的了解；②了解干涉显微镜各组件的功能；③掌握麦克尔逊干涉仪工作原理；④掌握光学显微镜放大、测量机制；⑤掌握干涉法测量膜厚基本原理；⑥掌握干涉显微镜的基本操作。
二、预习要求要求学生在实验之前，认真学习干涉法测厚实验讲义，在任课教师讲述之前，对干涉显微镜结构、原理以及用干涉显微镜测量薄膜厚度的操作规程有初步的了解。
三、实验所需仪器设备实验主要使用的仪器为6JA型干涉显微镜，以下为其用途及结构介绍：1. 用途干涉显微镜是用来测量精密加工零件表面(平面、圆柱等外表面)光洁度的仪器。
也可以用来测量零件表面刻线、刻槽镀层(透明)等深度。
仪器配以各种附件，还能测量粒状、加工纹路混乱的表面以及低反射率的工件表面。
同时还能将仪器安置在工件上，对大型工件表面进行测量。
仪器测量表面不平深度范围为1~0.03微米，用测微目镜和照相方法来评定▽10~▽14光洁度的表面。
图3 干涉显微镜实物对照图本仪器适用于厂矿企业计量室，精密加工车间，也适用于高等院校，科学研究等单位。
2. 结构仪器的外形示于图3。
其主体是个方箱，上面是工作台(2)，前面是目镜(1)，后面是干涉条纹调节机构(3)，(3)下面是灯源(4)，(1) 下面是照相机(5)，主体安置在底座(16)上，其两旁还有各种用途的手轮。
(一) 目镜头。
它是一个普通的测微目镜，装动测微目镜上鼓轮(1a)能使目镜视场中十字线位移，位移量由分划板刻度和鼓轮上刻度读出。
目镜视场参见图4，视场中刻线格值1毫米，鼓轮上刻线格值0.01毫米。
(二) 工作台(2)。
用手推滚花轮(2a)可使工作台面作任意方向移动，将被测工件表面所需要测量的部位移到视场中去。
电子束蒸镀金膜表面黑颗粒物问题的研究
电子束蒸镀金膜表面黑颗粒物问题的研究付学成;权雪玲;王凤丹;李进喜;王英【摘要】分别用钨坩埚和玻璃碳涂层坩埚蒸镀金膜,采用EDS分析金膜表面黑色颗粒的主要成分.对比金膜表面黑色颗粒分布的密度;根据两种坩埚蒸金膜时的物理学特征不同,研究黑色颗粒产生的机理,解释碳玻璃涂层坩埚蒸金黑色颗粒较多的原因;并利用玻璃碳坩埚采取不同的工艺条件进行对比试验,成功减少了金膜表面的黑色颗粒,为教学实验、真空镀膜工艺和集成电路生产领域蒸镀高质量的金膜提供帮助.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】4页(P48-51)【关键词】电子束蒸发;钨坩埚;碳玻璃坩埚;金膜;黑色颗粒【作者】付学成;权雪玲;王凤丹;李进喜;王英【作者单位】上海交通大学先进电子材料与器件校级平台,上海200240;上海交通大学先进电子材料与器件校级平台,上海200240;上海交通大学先进电子材料与器件校级平台,上海200240;上海交通大学先进电子材料与器件校级平台,上海200240;上海交通大学先进电子材料与器件校级平台,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TB430 引言高纯黄金具有极好的化学稳定性，良好的导电性能和导热性能,容易键合、易成膜以及与半导体基底附着性良好等特性，常常被应用在化学、生物、微纳器件和集成电路领域当作电极使用[1-4]。
沉积金薄膜的方法有很多，由于电子束蒸发镀膜产生的气态粒子能量只有0.1～0.3 eV[5],可以更好地满足剥离工艺，所以这种制备金膜技术广泛应用在半导体芯片、LED行业、微波半导体以及光波导[6-9]等领域。
电子束蒸发镀膜技术是通过电子束加热源材料，使原子或分子从源材料表面逸出，将源材料蒸镀到电子元器件上，沉积出薄膜。
采用这种方法制备薄膜具有薄膜纯度高、成膜速率快等优点，同时可以大大提高器件的电学性能、可靠性和成品率[9]。
然而在实验或者生产行业使用的黄金多为粒状或线状，生产工艺路线为熔炼-清洗-拉丝-切粒-酸洗-水洗-烘干-封装[9]等步骤；加上蒸镀高纯金原材料时使用不同材质的坩埚，以及蒸镀前取料、放料等环节和因素，都难以避免高纯黄金被其他杂质污染，以至于蒸发出来的金膜表面有黑色颗粒。
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专业实验（1）干涉法测厚实验一、实验目的薄膜厚度对薄膜的各种性质有着较大的影响。
测量薄膜厚度的方法有许多种，如称重法、石英晶体振荡法、台阶仪法等。
本实验的目的是用干涉显微镜测量膜厚。
通过本门实验，要求学生掌握如下几点：①对干涉显微镜结构有较系统的了解；②了解干涉显微镜各组件的功能；③掌握麦克尔逊干涉仪工作原理；④掌握光学显微镜放大、测量机制；⑤掌握干涉法测量膜厚基本原理；⑥掌握干涉显微镜的基本操作。
二、预习要求要求学生在实验之前，认真学习干涉法测厚实验讲义，在任课教师讲述之前，对干涉显微镜结构、原理以及用干涉显微镜测量薄膜厚度的操作规程有初步的了解。
三、实验所需仪器设备实验主要使用的仪器为6JA型干涉显微镜，以下为其用途及结构介绍：1. 用途干涉显微镜是用来测量精密加工零件表面(平面、圆柱等外表面)光洁度的仪器。
也可以用来测量零件表面刻线、刻槽镀层(透明)等深度。
仪器配以各种附件，还能测量粒状、加工纹路混乱的表面以及低反射率的工件表面。
同时还能将仪器安置在工件上，对大型工件表面进行测量。
仪器测量表面不平深度范围为1~0.03微米，用测微目镜和照相方法来评定▽10~▽14光洁度的表面。
图3 干涉显微镜实物对照图本仪器适用于厂矿企业计量室，精密加工车间，也适用于高等院校，科学研究等单位。
2. 结构仪器的外形示于图3。
其主体是个方箱，上面是工作台(2)，前面是目镜(1)，后面是干涉条纹调节机构(3)，(3)下面是灯源(4)，(1) 下面是照相机(5)，主体安置在底座(16)上，其两旁还有各种用途的手轮。
(一) 目镜头。
它是一个普通的测微目镜，装动测微目镜上鼓轮(1a)能使目镜视场中十字线位移，位移量由分划板刻度和鼓轮上刻度读出。
目镜视场参见图4，视场中刻线格值1毫米，鼓轮上刻线格值0.01毫米。
(二) 工作台(2)。
用手推滚花轮(2a)可使工作台面作任意方向移动，将被测工件表面所需要测量的部位移到视场中去。
将滚花轮(2b)转动，可使工作台作360º旋转。
将滚花轮(2c)转动，可使工作台作高低方向移到，以便对工件表面进行调焦。
(三) 干涉条纹调节机构(3)。
转动手轮(7) 、(9)可改变干涉条纹的方向和宽度。
转动手轮(14)能补偿因温度、外力等影响而产生光程的变化。
手轮(8)可调节标准镜P1和物镜O1之间的距离，以便使镜P1表面精确地成像在目镜视场中。
还有一个手轮(15)可以改变标准镜P1的反射率；将手轮(15)朝一个方向转到底时，镜P1具有高反射率；(15)朝另一个方向转到底时，是低反射率；这适合于被测工件是玻璃等非金属或无光泽的低反射率表面，以保证在这时也能得到良好对比的干涉条纹。
(四) 灯源(4)。
直接拉伸灯头，可使灯丝作轴向位移。
转动调节螺丝(4a)，可使灯丝作垂直于光轴方向作小量移位，使灯丝中心位于光轴上。
(五) 相机(5)。
相机(5)是上海照相机厂生产的DFC型相机，配上专用照相物镜，相机可装一般照相用135胶卷。
拍照时应将手轮10转到照相位置，使光线导向照相机。
(六) 主体。
其右边有一半的滚花手轮(11)用来改变孔径光栏Q2的大小。
手柄(12)向左推到底时，将干涉滤光片移入光路，得到单色光照明，手柄(12)向右推到底时，将干涉滤光片移出光路，得到白光照明。
左边上部有个手轮(6)是转动遮光板(B)的，转动手轮(6)可使遮光板(B)转入光路，使标准镜一路的光线遮住，只有通过被测件P2的一支光束到达视场，以便能使工件表面清晰地成像在目镜中。
(七) 底座(16)。
底座是安置仪器用，并使仪器平稳，在仪器反过来测量大工件时，应将底座里两个滚花螺钉拧下来，将底座拆除，以便携带。
四、 实验原理干涉显微镜是麦克尔逊干涉仪与光学显微镜的组合，将被测件和标准光学镜面相比较，用光波波长作为尺子来衡量工件表面的不平深度。
由于光洁度是微观不平深度，所以用显微物镜进行高倍放大后进行观察和测量。
干涉显微镜光路如图1所示。
当经过P 1，P 2镜反射回来的两束光的光程相等时，将在目镜场中出现零级干涉条纹。
用白光照明时，视场中央出现两条近似黑色的条纹，两侧对称分布着数条彩色条纹。
测量薄膜厚度时使用的样品制成如图2中左图所示的形状。
这样当干涉显微镜的物镜对准待测薄膜台阶处时，样品的两个表面将出现光程差。
目镜视场中就可观察到条纹弯曲，如图2中右图所示。
通过测量干涉条纹的位移，可以计算出薄膜的厚度。
设薄膜的厚度为t ，干涉条纹间距a ，条纹位移量为b ，则薄膜厚度t 为式中：λ为单色光波长，在绿色光谱范围可取λ=0.53微米。
本仪器就是用测量视场中干涉条纹的弯曲量，反过来推算出零件表面的不平深度。
仪器上的干涉滤色片，使白光过滤后，只有半宽度很小的这部分单色光通过仪器，这种单色光有较好的相干性，因此在使用仪器时为寻找干涉条纹提供了方便，同时，这种单色光有确图2 衬底上薄膜示意图及对应的干涉条纹图1 仪器光学系统图 S －灯源；O 6、O 7、O 8－照明聚光镜；F －干涉滤色片；S 1、S 2－反光镜；Q 2－孔径光栏；Q 1－视场光栏；T －分光板；B －遮光板；O 1、O 2－显微物镜；P 1－标准镜面；T 1－补偿板；P 2－工件测量面；S 3－可调反光镜；O 4－照相物镜；P 3－照相底片；O 3－目镜。
123422N N N N a b t --∙=∙=λλ定的波长值，因而能提高测量精度。
五、原材料（样品）准备采用真空蒸发镀膜方法制备待测样品。
首先将载波片清洗干净，于其上先蒸镀一层Ag 膜，然后通过掩模方法在其上再蒸镀一层厚度适当的Au膜，Au膜台阶的宽度要适当，本实验中要观察两种台阶(平缓和陡峭)。
六、实验步骤1.调整仪器将灯源插头插在变压器插座上，变压器插头插在电源插座上，电源应是220 V如果系110 V，那么应按变压器上说明图改变接线，打开变压器上开关，照明灯就亮了。
将手轮(10)转到目视位置，即把反光镜S3，从光路中转出，同时转动手轮(6)将遮光板(B)从光路中转出，此时在目镜中应看到明亮的视场。
否则可转动灯源中心调节螺丝(4a)，使得到照明均匀的视场。
转动手轮(8)使目镜视场中下方弓形直边清晰，这说明标准镜P1已位于物镜O1的物面上。
在工作台上安置好被测工件，被测面朝向物镜，转动手轮(6)将标准镜P1一路光束遮去，转动滚花轮(2c)使工作台上下升降，直到在目镜视场中观察到清晰的工件表面象为止，此时再转动手轮(6)，将遮光板(B)从光路中转出。
松开螺丝(1b)将测微目镜从目镜转座中取出，直接从目镜管看进去，可以看到两个灯丝象，此时转动手轮(11)使孔径光栏开至最大，转动手轮(7)、(9)，使两个灯丝象完全重合，同时调节螺丝(4a)使灯丝象位于孔径光栏中央，再插上测微目镜，旋紧螺丝(1b)。
将手柄(12)向左推到底，干涉滤色片F插入光路，此时在目镜中应能看到干涉条纹，如果没有条纹，那么可以慢慢地来回转动手轮(14)，直到视场中出现最清晰的干涉条纹。
此时把手柄(12)向右推到底，即把手轮(7)、(9)和配合转动手轮(8)、(14)可得到最好的对比和所需的宽度和方向的干涉条纹。
转动工作台使加工纹路方向和干涉条纹方向垂直。
松开螺丝(1b)转动测微目镜，使视场中十字线之一与干涉条纹平行。
现在就可以进行具体测量工作了。
2.薄膜厚度测量薄膜厚度可以用两种方法测量：用目视估计测量和用测微目镜测量。
a.用目视估计测量正确调整好仪器后，视场里同时可以看到被测量表面和薄膜台阶引起弯曲的干涉条纹。
而且条纹的方向是垂直于台阶方向的。
为了确定台阶的厚度，应该用眼睛来确定被测量表面台阶处弯曲量为多少倍干涉条纹间隔，或者几分之一干涉条纹间隔。
白光测量时，λ为540 nm ；用绿光测量时，λ为530 nm 。
b. 用测微目镜测量把测微目镜十字线中一条和干涉条纹的方向平行，另一条与被测量表面台阶方向平行，此时用固紧螺丝将测微目镜固紧。
台阶厚度测量分为三个步骤：(1) 测量相邻条纹之间的间隔。
在白光工作时，用两条黑色条纹进行测量，条纹之间隔值用测微目镜上鼓轮分划数来表示。
为了提高测量精度，将十字线对准条纹的中间，而不是条纹的边缘。
图4为仪器视场示意图，示出了十字线对准干涉条纹的正确位置。
移动测微目镜视场中十字线，使其与干涉条纹方向平行的一条刻线对准一黑色干涉条纹下凸缘的中间，此时得到第一个读书N 1。
然后将同一条刻线对准另一条黑色干涉条纹下凸缘的中间，得到第二个读数N 2，或者在单色光时，对准其它任一条干涉条纹的中间，得到第二读数N 2，但此时必须记住测量的两个干涉条纹间所包含的间隔数n ，为了提高测量精度n 最好取3个以上。
(2) 测量条纹的弯曲量。
干涉条纹的弯曲量，同样用测微鼓轮上分划数表示。
用一条刻线对准干涉条纹下凸缘的中间，此时读数为N 3。
然后用同一条刻线对准同一条干涉条纹最大弯曲处的干涉条纹上凸缘中间，得到第二读数N 4。
薄膜厚度可用前面给出的公式得出。
七、实验注意事项1. 干涉显微镜是精密计量仪器。
因此使用、操作要求非常小心，防止碰撞和冲击。
2. 不允许私自拆卸物镜，拧下零件等等。
3. 为防止目镜管内棱镜沾上灰尘，应在目镜管上放测微目镜，如果物镜头脏了，请不要扭下它，而只能用洁净的绸布、鹿皮或擦镜纸轻轻擦拭。
油多的斑点可以用脱脂棉花蘸少些酒精和乙醚混合剂(1:1)进行清洁处理。
图4 目镜中十字线与干涉条纹的关系图4.干涉显微镜测量所镀薄膜厚度，需重复测量3次。
5.在测量过程中要单方向旋转鼓轮。
八、实验结果及数据处理要求学生2人一组记录相关实验数据，通过膜厚公式计算得出薄膜厚度。
九、实验报告要求要求学生上缴的实验报告按照教务处下发的“深圳大学实验报告”格式书写。
十、思考题及讨论1. 在测量a过程中，若十字分划线(图中虚线所示)按图中黑色箭头方向运动，问膜厚的测量值比薄膜实际厚度值是增大还是减小，说明原因？2. 问薄膜台阶处的宽窄及薄膜厚度对干涉条纹产生怎样的影响(画图并详细说明)？十一、参考资料1.6JA型干涉显微镜说明书；2.《普通物理学》——程守洙、江之永著。
高等教育出版社3.《物理学》——周静娴主编。
中国农业出版社。