近代物理实验十五 真空获得与真空镀膜.
真空获得与真空镀膜
真空获得与真空镀膜实验报告实验目的1.了解真空技术的基本知识；2.掌握低，高真空的获得和测量的基本原理及方法；3.了解真空镀膜的基本知识；4.学习掌握蒸发镀膜的基本原理和方法。
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。
旋片式机械泵原理见附图2。
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。
气体分子平均自由程为：λ=此式表明气体分子平均自由程与压强成反比，与温度成正比，于是，在25℃的时候λ=对于蒸发源到基片距离为0.15～0.25米的镀膜装置，真空度必须要在10的－2～－4Pa之间才能满足。
真空镀膜实验报告数据分析
真空镀膜实验报告数据分析终结版真空镀膜实验报告真空工艺品镀膜摘要：通过在真空中对玻璃片进行镀膜，来了解真空镀膜的原理及具体操作。
通过自己选材，设计，镀膜等一系列的过程，来提高自我的分析问题和解决问题的能力。
关键字：真空度；镀膜；原子转移1引言真空镀膜指在真空中将金属或金属化合物沉积在基体表面上，从技术角度可分40年代开始的蒸发镀膜、溅射镀膜和70年代才发展起来的离子镀膜、束流沉积等四种。
真空镀膜有以下优点：(1)、它可以用一般的金属（铝、铜）代替日益缺乏的贵重金属（金、银）并使产品降低成本，提高质量，节省原材料。
(2)、由于真空分子碰撞少，污染少，可获得表面物理研究中所要求的纯洁、结构致密的薄膜。
(3)、镀膜时间和速度可以准确的控制，所以可以得到任意厚度均匀或非均匀薄膜。
(4)、被镀件和蒸镀物均可以是金属或非金属，镀膜时被镀件表面不受损坏，薄膜与基体具有同等的光洁度[1]。
可以这样说，真空镀膜实验在某种意义上讲奠定了薄膜材料的基础，真空镀膜实验也成为近代物理实验或材料专业实验的重要一分子，它成为学生了解真空现象，掌握真空技术、应用真空条件进行工作的一把钥匙[2]。
2真空蒸发镀膜原理任何物质在一定温度下，总有一些分子从凝聚态（固态、液态）变为气态离开物质表面，但固体在常温下，这种蒸发量是极小的。
如果将固体材料置于真空中加热至材此材料蒸发温度时，在汽化热作用下材料的分子或原子具有足够的热振动能量去克服固体表面间的吸引力，并以一定的速度逸出变成气态分子或原子向四周迅速蒸发散射。
当真空度高，分子自由程λ远大于蒸发器与被镀物的距离d时[一般要求=(2~3)d],材料的蒸气分子在散射途中才能无阻挡地直线到达被镀物和真空室表面。
在化学（化学键引力起的吸附）作用下，蒸气分子就吸附在基片表面上。
当基片表面温度低于某一临界温度，则蒸气分子在其表面凝结，即核化过程，形成“晶核”。
当蒸气分子入射到基片上的密度较大时，晶核逐渐长大，而成核数目并不显著增多。
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。
真空镀膜实验报告
-3 p/10 Pa
T/s
33 36 39 42 45 48 51
p/10-3Pa
13.4 13.8 14.2 14.0 14.0 14.3 14.3
T/s
63 66 69 72 75 78 81
p/10-3Pa
14.4 14.5 14.6 14.7 14.9 15.0 15.2
T/s
93 96 99 102 105 108 111
600 630 660 690 720 750 780 810 840 870
21.1 20.3 19.8 19.3 18.7 18.3 17.8 17.4 17.0 16.6
1500 1530 1560 1590 1620 1650 1680 1710 1740 1770
11.6 11.4 11.3 11.1 11.0 10.8 10.7 10.6 10.4 10.3
p/10-3Pa
8.1 8.1 8.1 8.1 8.1 8.0
T/s
63 66 69 72 75 78
p/10-3Pa
7.9 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9
T/s
93 96 99 102 105 108
p/10-3Pa
7.9 7.9 7.9 7.9 7.9 7.9
8.0 8.0 8.0 7.9 8.0 8.0
钨钼合金电阻加热器, 用于蒸发浸润的紫铜材料。蒸发温度约 1084.4 ◦C。 b) 溅射法：
通过气体辉光放电产生的正离子轰击靶材表面，是原子或分子由靶材表面 直接溅射飞出，在基片上得到与靶材基本一致的薄膜。
实验内容
1. 取 20cm 的钼丝和 3cm 长的铜丝，分别用砂纸打磨、用水冲洗。
2. 将钼丝往螺丝钉上缠绕，制成螺旋电阻加热器，并将其两段牢固地连接到真 空室里的蒸发电极上。将打磨好的铜丝对折放入钼丝的螺旋管中。 3. 取一基片，用滤纸抹干净后置于载物台上。把内筒罩在载物台周围。用酒精 棉签、刷子、洗耳球等清理真空室的底部尤其是橡胶密封圈，保证良好的密 封性，然后将玻璃罩安装就位。 4. 抽真空： 直接按下高真空键。 当分子泵开始工作后, 打开蒸发选择开关以测试 钨钼电阻丝已经正常接入电路。当分子泵转速达到 704r/s 并保持该转速时， 开始每 30s 记录一次压强 P，直到压强降到 8×10-3Pa。
真空镀膜工艺的原理与实践实验报告
真空镀膜工艺的原理与实践实验报告实验报告实验名称：真空镀膜工艺的原理与实践实验目的：了解真空镀膜的工艺原理和过程，拓展学生视野锻炼其动手能力。
实验装置：本实验采用北京中科科仪生产的SBC-2型多功能试样表面处理机，该处理机是为扫描电镜和电子探针等进行试样制备的设备，可进行真空蒸碳、真空镀膜和离子溅射，它也可以在高纯氩气的保护之下进行多种离子处理。
用本设备处理的试样既可用于样品的外貌观察又可以进行成分分析，尤其是成分的定量分析更为适宜。
本仪器装有分子泵，分子泵系统特别适用于对真空要求高、真空环境好的用户选用。
实验方案及操作：1.按真空镀膜零部件图（图1）安装所需零部件，其中试样放在样品杯上2.在金属蒸发头电极上接上钨丝加热器，将钨丝做成Ⅴ型。
3.将待蒸发物缠到钨丝上。
4.接金属蒸发头引线，盖上钟罩，对钟罩抽真空使其真空度达到7×10-1 ―×10-2Pa。
5.把“蒸发电极选择开关”（8）选取在钨丝所置的电极序号上。
6.按动“档板按钮开关”（12），当挡板处于挡住位置时，立即松开。
7.打开“试样旋转开关”（10），调节“试样转速调节”旋钮（11），使它以适当的速度旋转。
8.旋转“加热电流调节” 旋钮（9），使钨丝加热呈赤红状态，镀膜物质开始熔融后，退去加热电流。
9.按动“档板开关按钮”（12），使挡板打开。
10.进一步旋转“加热电流调节” 旋钮（9），使加热器呈发光状态。
11.当镀膜物质全部蒸发完后，使“蒸发电极选择开关” （8）、“加热电流调节” （9）、“试样旋转开关” （10）、“档板开关按钮” （12）等复位到“0” 处或关闭。
12.按“放气按键”（4），对钟罩内放气，取出试样。
※ 每次蒸镀金属完毕，一定将零件垫片、垫块、垫柱、有机玻璃螺钉、玻璃罩等上的残余金属膜完全清洗干净，或者在蒸镀时对其进行遮盖保护，使其不被蒸上金属，否则金属膜将影响离子处理时加高压实验结果：1样品被镀上被蒸发金属，并且样品表面的金属光泽随镀层厚度的增加而逐渐呈现出镀层j金属的光泽。
真空镀膜实验报告
近代物理实验题目真空镀膜学院数理与信息工程学院班级物理071班学号07180132姓名骆宇哲指导教师方允樟浙江师范大学实验报告实验名称真空镀膜班级物理071 姓名骆宇哲学号07180132 同组人实验日期10/05/13 室温气温真空镀膜摘要：本实验中用到的是蒸发镀膜法来进行真空镀膜。
从而了解真空镀膜的原理和操作。
关键词：真空蒸发源薄膜厚度引言：着科学技术和生产的发展，真空镀膜技术飞速进步，日益完善。
真空镀膜技术已从以真空热蒸发法为主要手段的情况发展成包括电子束加热蒸发、溅射、离子镀、激光蒸发以及各类化学气相沉积等许多各具特色的高新技术在内的新的科学。
真空镀膜技术已成为光学仪器、激光技术、光电子技术、半导体器件技术、照明工程、建筑材料、光纤通讯、薄膜超导、计算机及声像产品的光磁薄膜记录等诸多高新技术的重要支柱之一，它早已渗透到科学技术的各个领域和生产的各个行业，以其特有的，往往是不可替代的工艺技术发挥着越来越重要的作用。
正文：一、实验原理真空镀膜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。
真空镀膜有两种方法,一是蒸发,一是溅射。
本次实验采用蒸发方法。
在真空中把制作薄膜的材料加热蒸发，使其淀积在适当的表面上。
1、真空系统(DM—300镀膜机)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3、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。
真空镀膜
12.7 69 14.1 96 15.9
12.8 72 14.2 99 16.1
12.9 75 14.4 102 16.4
13.0 78 14.6 105 16.6
p/mPa 13.1 t/s 81
p/mPa 14.8 t/s 108
p/mPa 16.9
4、蒸发过程中的最大压强 pmax
pmax=168.0mPa。
四、薄膜的制备——热蒸发法
薄膜制备在真空工作室中进行，从蒸发源蒸发的分子，在残余气体 中飞行的平均自由程应比蒸发源到衬底之间的距离大得多。本装置要求 真空度在 1.3×10-2~6×10-3Pa 之间。本实验中采用螺旋状和篮状电阻加热 器，它们分别运用于蒸发浸润或不浸润的丝状或块状材料。蒸发温度随
4
p/mPa 66.3 t/min 9.0
6
p/mPa 38.6 t/min 13.5
37.2 14.0 25.8 18.5 20.5 23.0 17.1 27.5 15.0 32.0 13.3 36.5 11.9 41.0 10.4 45.5 9.5 50.0
35.7 14.5 25.1 19.0 20.0 23.5 16.8 28.0 14.7 32.5 13.1 37.0 11.5 41.5 10.3 46.0 9.4 50.5
kT 2 d 2 p
1
式中：d 为分子直径；p 为压强；T 为气体温度；k 为波耳兹曼常数。 例如，室温下氮分子的平均自由程在压强为 1×10-7Pa 时将长于 50km。 3、气体分子与固体表面碰撞频率极低 在普通高真空，例如 p=1.3×10-4Pa 时，对于室温下的氮气，如果每 次碰撞均被表面吸附，一个“干净”的表面只要一秒多钟就盖满了一个 单分子层的气体分子。而在超高真空 p=10-8Pa 时，则可以提供一个“原 子清洁”的表面，可有足够长的时间对表面进行实验研究。超高真空的 这一特点还为得到超纯的或精确掺杂的镀膜或分子束外延生长晶体创 造了必要的条件，这促进了半导体器件、大规模集成电路和超导材料等 的发展，也为在实验室中制备各种纯净及低维材料样品（如电子轰击镀 膜、等离子镀膜、真空剖裂等）提供了良好的基本技术。
高真空的获得与测量讲解
加速极 阴极 收集极
Ie
I+
离子流
I KIeP
VAK
VKC
图6 电离规结构
四、真空泵的抽气速率
S dV dt
升/分（或升/秒）
S 2.3V d(log P) dt
如只需粗略估计抽速，可求其平均抽速。
S V ln P2 / P1 t2 t1
五、磁控溅射镀膜原理：
磁控溅射的基本原理，就是以磁 场来改变电子的运动方向，并束缚 和延长电子的运动轨迹，从而提高 了电子对工作气体的电离几率和有 效地利用了电子的能量。因此，使 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 束缚的电子，又只能在其能量要耗 尽时才沉积在基片上。
真空获得、测量与镀膜实验
实验目的 实验原理 数据处理
实验仪器 实验内容 注意事项
思考问题
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. 学习和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。
实验仪器
图1 真空镀膜机结构 1. 总控电源 2. 真空室 3. 溅射电源 4. 旁抽阀V5 5.放气阀V6 6.电离真空计
CD O
AB
R
K
mA
mV
图 36-5 热偶规管结构
图5 热偶真空规结构
（2）电离真空计（电离规） 测量范围为0.1~10-6Pa。 根据电子与气体分子碰撞产生电离的
原理制成。阴极灯丝发出的电子与气体 分子碰撞使气体分子电离产生的正离子 被收集极收集，形成离子电流I＋，离子 电流与栅极电流Ie及气体压强P成正比
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）。
真空镀膜实验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。
真空的获得与测量
云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：近代物理实验实验项目：真空的获得与测量学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业指导教师：葛茂茂实验时间： 2007年 12月 23 日 8 时 30 分至12时 30 分实验地点：物理馆实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□一．实验目的1．学习高真空的获得与测量方法。
2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。
二．实验原理真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。
真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。
1．高真空的获得获得真空用真空泵。
真空泵按工作条件的不同分为两类：能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵（如机器泵），用来产生预备真空，需要在预备条件下才能工作的真空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵用来进一步提高真空度，获得高真空。
（1）机器泵一般采用油封转片式机器泵，在圆柱形气缸（定子）内有偏心圆柱作为转子，当转子绕轴转动时，其最上部与气缸内表面紧密接触，沿转子的直径装有两个滑动片（简称滑片），其间装有弹簧，使滑动片在转子转动时与气缸内表面紧密接触，当转子沿箭头所指方向转动时，就可以把被抽容器内的气体由进气管吸入而经过排气孔，排气阀排出机械泵。
为了减少转动摩擦和防止漏气，排气阀及其下部的机械泵内部的空腔部分用密封油密封。
机械泵用的密封油是一种矿物油，要求在机械泵的工作温度下有小的饱和蒸汽压和适当的粘度，机器泵的极限真空度一般在10－2～10－4mmHg，抽气速率一般为每分钟数十升到数百升。
（2）扩散泵一般多采用油扩散泵，扩散泵是高真空泵，当机器泵的极限真空度不能满足要求时，通常加扩散泵来获得高真空。
这种泵不能从通常气压下开始工作，只能在低于1Pa气压下才能工作。
因此，必须与初级泵串联使用。
油扩散泵使用的工作液体有许多种，目前广泛使用的是274号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－7Pa）和275号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－8Pa）。
近代物理实验十五真空获得与真空镀膜
实验十五真空获得与真空镀膜压强低于一个标准大气压的稀薄气体空间称为真空。
真空的分为自然真空和人为真空。
自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。
人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。
1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。
在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减少，分子在一定时间内碰撞于固体表面上的次数亦相对减少，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流小，氧化作用少，气体污染小，汽化点低，高真空的绝缘性能好等等．真空技术是基本实验技术之一，真空技术在近代尖端科学技术，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，在工业生产中也有日益广泛的应用。
薄膜技术在现代科学技术和工业生产中有着广泛的应用．例如，光学系统中使用的各种反射膜、增透膜、滤光片、分束镜、偏振镜等；电子器件中用的薄膜电阻，特别是平面型晶体管和超大规模集成电路也有赖于薄膜技术来制造；硬质保护膜可使各种经常受磨损的器件表面硬化，大大增强表面耐磨程度；在塑料、陶瓷、石膏和玻璃等非金属材料表面镀以金属膜具有良好的美化装饰效果，有些合金膜还起着保护层的作用；磁性薄膜具有记忆功能，在电子计算机中用作存储记录介质而占有重要地位。
薄膜制备的方法主要有真空蒸发、溅射、分子束外延、化学镀膜等．真空镀膜，是指在真空条件中采用蒸发和溅射等技术使镀膜材料气化，并在一定条件下使气化的原子或分子牢固地凝结在被镀的基片上形成薄膜．真空镀膜是目前用来制备薄膜最常用的方法，真空镀膜技术目前正在向各个重要的科学领域中延伸，引起了人们广泛的注意。
实验目的：1．了解真空技术的基本知识；2．掌握低、高真空的获得和测量的基本原理及方法；3．了解真空镀膜的基本知识；4．学习掌握蒸发镀膜的基本原理和方法．实验原理：1、真空度与气体压强真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分子数越少，表明真空度越高．由于气体分子密度不易度量，通常真空度用气体压强来表示，压强越低真空度越高．按照国际单位制(SI)，压强单位是牛顿/米2，称为帕斯卡，简称帕（Pa）。
真空获得和真空镀膜_张中月讲义
邱爱叶 邵健中 编著 浙江大学出版社 1991年8月出版
2、半导体薄膜技术与物理
叶志镇 吕建国 吕斌 张银珠 编著 浙江大学出版社 2008年9月出版
3、薄膜材料-制备原理、技
术及应用
唐伟忠 编著 冶金工业出版社
2003年1月出版
真空技术
第一章 真空物理
实例：真空热阻蒸发
第一节 真空的性质
一、真空的定义
“真空”：译自拉丁文Vacuo，即是虚无。
在指定的空间内，低于一个大气压力的 气体状态，统称为真空。 常见的真空应用？ 气体密度越小，真空度越高。
物理真空：
没有任何实物粒子存在的空间，但是什 么都没有的空间是不存在的。
工业真空：
指气压比一个标准大气压小的气体空间， 是指稀薄的气体状态。
二、真空度的定义
2.1 压强
压强的本质：大量杂乱运动分子碰撞容器
表面所引起的动量改变率就是气体对表面
的压强。
p
1 3
mnvr2ms
m ：分子质量
n ：单位容积内的分子数
vrms ：所有分子速度的方均根
2.2 分子的动能和速度
分子的动能：
由 PV NkT
P N kT nkT
V
为使动力学理论与实验结果相一致，即：
五、真空技术的作用
真空状态下，气体分子在一定时间内碰撞于 固体表面上的次数减少，这将导致其具有一 系列新的物化特性，如：
氧化作用少 气体污染小 汽化点低 热传导与对流小 高真空的绝缘性能好
真空技术的作用：是基本的实验技术之一
在近代尖端科学技术，如表面科学、薄膜 技术、空间科学、高能粒子加速器、微电 子学、材料科学等工作中都占有关键的地 位，其应用越来越广泛。
真空镀膜实验报告
真空镀膜实验报告学生姓名：武晓忠学号：201211141046 指导老师：王海波【摘要】本实验意在通过利用DM-450型真空镀膜机镀膜，采用λ/4法进行控制，熟悉抽真空以及镀膜机使用的方法。
并通过TU1221真空双光束紫外和可见光分光光度计测量T-λ曲线，测量介质干涉滤光片的三个重要参数λ0，T max，△λ/λ0【关键词】抽真空干涉滤光片透过率【引言】自然界中许多美丽的景物，如蝴蝶翅膀，孔雀羽毛以及肥皂泡等，它们的的观赏效果都与透明层反射的广播的干涉有关。
从而发现薄膜的干涉现色彩现象起，特别是1930年真空蒸发设备的出现后，人们对薄膜科学技术进行了大量的研究。
在光学薄膜技术中，多层多周期的光学薄膜最为突出，而窄带干涉滤光片则是这一技术中最重要的应用之一，它是将宽带光谱变为窄带光谱的光学元件。
一种典型的干涉滤光片是在玻璃基片上镀制“银—介质—银”三层膜，前后两层银膜构成两个平行的高反射率版，介质莫层通常为冰晶石或氟化镁等，作为间隔曾。
这种干涉滤光片是在法布里-珀罗干涉仪基础上改进而成的，因为被称为法布里-珀罗干涉滤光片。
它在光学，光谱学，光通信，激光以及天文物理等许多科学领域得到了广泛的应用。
若n为间隔层介质折射率，d为该层集合厚度，则间隔层的光学厚度nd决定了滤光片的透射峰值波长λ0，nd=λ0m,nϵN（1）2其中m是整数。
银层反射率的主要作用决定了法布里-珀罗干涉腔的惊喜常熟，从而对滤光片的峰值透射率T M和半宽度∆λ产生影响。
由滤光片特性曲线图2.可见T M一半处对应的波长为λ1和λ2，相应的透过率的宽度为∆λ=λ2−λ1，这就是滤光片的性能的一个重要参数，称为半高宽。
因银层具有很强的吸收，用银作反射的层的“金属-介质”干涉滤光片的透射率很难高于40%。
而用多层透明介质膜过程的高反射率膜板代替银层构成的干涉滤光片弥补这一缺点，课使峰值透射率高达80%以上。
这就是全介质型干涉滤光片。
图1. 法布里-珀罗干涉滤光片结构示意图二、实验原理1、反射膜1）光线在单一分界面上的反射光线垂直入射到透明介质界面时，反射系数r和反射率R分别为r=n i−n tn i+n t（2）R=r2=(n i−n tn i+n t )2（3）其中n i, n t分别是两种介质的折射率。
真空的测量与获得
浙师大近代物理实验报告真空的获得与测量任希 物理081 08180123摘要：操作之前需要对本实验之中各个概念进行把握，首先要对真空的概念加以理解，从而了解真空的一些特点以及真空技术的基本知识。
根据真空的定义，用旋片式机械泵进行初级的真空处理，用油扩散泵进行高真空获取，这样就制造了真空环境。
本实验要求在了解真空技术的基础上，掌握高真空的获得和测量的基本原理和方法的前提下测出真空度。
关键词：真空 、真空泵引言：本次实验的对象是真空，那我们就有必要对真空有个全面的了解，真空本指没有任何实物粒子存在的空间，但什么都没有的空间是不存在的。
而假设你把一个空间的气体都赶跑，会发现还是不时有基本粒子在真空中出现又消失，无中生有。
物理上的真空实际上是一片不停波动的能量之海。
真空技术的历史开始于1634年，当时，托里拆利将一端密封的长玻璃管注满汞并倒置于盛有汞的槽里，发现汞柱顶端产生真空。
但是真空作为一门独立的学科出现，只是近几十年的事。
自二十世纪初起，随着电子管的研究和生产，逐步建立起了能够获得和测量压强低于Torr 710-的高真空设备与技术；到二十世纪五十年代，随着表面物理，原子能物理，以及半导体、电子计算机、航空技术的迅速发展，发展了超高真空技术；到二十世纪七十年代，又进一步提高到压强低于Torr 1110-的极高真空。
目前，在工业、生产、医学等领域对真空的说法是,当容器中的压力低于大气压力时,把低于大气压力的部分叫做真空,而容器内的压力叫绝对压力。
另一种说法是,凡压力比大气压力低的容器里的空间都称做真空。
因此真空有程度上的区别：当容器内没有压力即绝对压力等于零时，叫做完全真空；其余叫做不完全真空。
完全的、绝对的真空是不存在的，实验室以及其他条件下获得的真空都是不完全的真空。
我们通常把真空度的高低以气体压强的大小来表示，气体压强越低则真空度越高，反之气体压强越高则真空度越低。
正文：本次实验我们使用的仪器：机械真空泵、油扩散泵、FZH-2B复合真空计等。
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 ）。
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实验十五真空获得与真空镀膜压强低于一个标准大气压的稀薄气体空间称为真空。
真空的分为自然真空和人为真空。
自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。
人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。
1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。
在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减少，分子在一定时间内碰撞于固体表面上的次数亦相对减少，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流小，氧化作用少，气体污染小，汽化点低，高真空的绝缘性能好等等．真空技术是基本实验技术之一，真空技术在近代尖端科学技术，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，在工业生产中也有日益广泛的应用。
薄膜技术在现代科学技术和工业生产中有着广泛的应用．例如，光学系统中使用的各种反射膜、增透膜、滤光片、分束镜、偏振镜等；电子器件中用的薄膜电阻，特别是平面型晶体管和超大规模集成电路也有赖于薄膜技术来制造；硬质保护膜可使各种经常受磨损的器件表面硬化，大大增强表面耐磨程度；在塑料、陶瓷、石膏和玻璃等非金属材料表面镀以金属膜具有良好的美化装饰效果，有些合金膜还起着保护层的作用；磁性薄膜具有记忆功能，在电子计算机中用作存储记录介质而占有重要地位。
薄膜制备的方法主要有真空蒸发、溅射、分子束外延、化学镀膜等．真空镀膜，是指在真空条件中采用蒸发和溅射等技术使镀膜材料气化，并在一定条件下使气化的原子或分子牢固地凝结在被镀的基片上形成薄膜．真空镀膜是目前用来制备薄膜最常用的方法，真空镀膜技术目前正在向各个重要的科学领域中延伸，引起了人们广泛的注意。
实验目的：1．了解真空技术的基本知识；2．掌握低、高真空的获得和测量的基本原理及方法；3．了解真空镀膜的基本知识；4．学习掌握蒸发镀膜的基本原理和方法．实验原理：1、真空度与气体压强真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分子数越少，表明真空度越高．由于气体分子密度不易度量，通常真空度用气体压强来表示，压强越低真空度越高．按照国际单位制(SI)，压强单位是牛顿/米2，称为帕斯卡，简称帕（Pa）。
真空量度单位：1标准大气压=760mmHg=760(Torr1标准大气压=1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa通常按照气体空间的物理特性及真空技术应用特点，将真空划分为几个区域，见表1．表 1 真空区域划分低真空105~103中真空103~10-1高真空10-1~10-6超高真空10-6~10-122、真空的获得—真空泵1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。
原理：当泵工作后，形成压差，p1 >p2，实现了抽气。
P1被抽容器导管真空泵P2图一：真空泵抽气原理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．真空泵的主要性能可有下列指标衡量：（1）、极限真空度：无负载（无被抽容器）时泵入口处可达到的最低压强（最高真空度）（2）、抽气速率：在一定的温度与压力下，单位时间内泵从被抽容器抽出气体的体积，单位（升/秒）．（3）、启动压强：泵能够开始正常工作的最高压强．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。
图二：旋片式机械泵的结构示意图图二是旋片式机械泵的结构示意图，它是由一个定子和一个偏心转子构成．定子为一圆柱形空腔，空腔上装着进气管和出气阀门，转子顶端保持与空腔壁相接触，转子上开有槽，槽内安放了由弹簧连接的两个刮板．当转子旋转时，两刮板的顶端始终沿着空腔的内壁滑动．整个空腔放置在油箱内．工作时，转子带着旋片不断旋转，就有气体不断排出，完成抽气作用．旋片旋转时的几个典型位置如图 2 所示．当刮板 A 通过进气口（图2（a）所示的位置）时开始吸气，随着刮板A的运动，吸气空间不断增大，到图2（b）所示位置时达到最大．刮板继续运动，当刮板A运动到图2（c）所示位置时，开始压缩气体，压缩到压强大于一个大气压时，排气阀门自动打开，气体被排到大气中，如图2（d）所示．之后就进入下一个循环．整个泵体必须浸没在机械泵油中才能工作，泵油起着密封润滑和冷却的作用。
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）。
旋片式机械泵使用时必须注意以下几点：（1）、启动前先检查油槽中的油液面是否达到规定的要求，机械泵转子转动方向与泵的规定方向是否符合（否则会把泵油压入真空系统）．（2）、机械泵停止工作时要立即让进气口与大气相通，以清除泵内外的压差，防止大气通过缝隙把泵内的油缓缓地从进气口倒压进被抽容器（“回油”现象）．这一操作一般都由与机械泵进气口上的电磁阀来完成，当泵停止工作时，电磁阀自动使泵的抽气口与真空系统隔绝，并使泵的抽气口接通大气。
（3）、泵不宜长时间抽大气，否则因长时间大负荷工作会使泵体和电动机受损。
2、扩散泵扩散泵是利用气体扩散现象来抽气的，最早用来获得高真空的泵就是扩散泵，目前依然广泛使用，油扩散泵的工作原理不同与机械泵，其中没有转动和压缩部件。
它的工作原理是通过电炉加热处于泵体下部的专用油，沸腾的油蒸汽沿着伞形喷口高速向上喷射，遇到顶部阻碍后沿着外周向下喷射，此过程中与气体分子发生碰撞，使得气体分子向泵体下部运动进入前级真空泵。
扩散泵泵体通过冷却水降温，运动到下部的油蒸汽与冷的泵壁接触，又凝结为液体，循环蒸发。
为了提高抽气效率，扩散泵通常由多级喷油口组成（3、4个），图3是一个具有三级喷嘴的扩散泵结构示意图，这样的泵也称为多级扩散泵。
扩散泵具有极高的抽气速率，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，而油蒸汽在到达泵壁后被冷却水套冷却后凝聚，返回泵底再被利用。
由于射流具有工作过程高流速(200米/秒)、高密度、高分子量(300—500)，故能有效地带走气体分子。
扩散泵不能单独使用，一般采用机械泵为前级泵，以满足出口压强(最大40Pa)，如果出口压强高于规定值，抽气作用就会停止因为在这一压强下，可以保证绝大部分气体分子以定向扩散形式进入高速蒸汽流。
此外若扩散泵在较高空气压强下加热，会导致具有大分子结构的扩散泵油分子的氧化或裂解．油扩散泵的极限真空度主要取决于油蒸气压和反扩散两部分，目前一般能达到10-5～10-7Pa。
根据扩散泵的工作原理，可以知道扩散泵有效工作一定要油冷水辅助，因此实验中一定要特别注意冷却水是否通畅和是否有足够的压力。
另外，扩散泵油在较高的温度和压强下容易氧化而失效，所以不能在低真空范围内开启油扩散泵。
油扩散泵一个不容忽视的问题是扩散泵泵油反流图三：三级喷嘴油扩散泵进入真空腔室造成污染，对于清洁度要求高的材料制备和分析过程，这样的污染是致命的，所以现在的高端材料制备、分析设备都采用无油真空系统，避免油污染。
通常的真空系统不是只有一种真空泵在工作，而是由至少两级真空泵组成的。
本实验中真空系统由两级构成，前级泵是旋片式机械泵构成，二级泵是油扩散泵。
3、真空的测量真空的测量就是对真空环境气压的测量，考虑到真空环境的特殊性，真空的准确测量是困难的，尤其是高真空和超高真空环境的测量。
一般解决思路是现在真空中引入一定的物理现象，然后测量这个过程中与气体压强有关的某些物理量，最后根据特征量与压强的关系确定出压强。
对于不是很高的真空，可以通过压强计直接测量，这样的真空计叫做初级真空计或者绝对真空计，中度以上真空需要间接测量，这样的真空计叫做次级真空计或者相对真空计。
测量真空度的装置称为真空计．真空计的种类很多，根据气体产生的压强、气体的粘滞性、动量转换率、热导率、电离等原理可制成各种真空计．由于被测量的真空度范围很广，一般采用不同类型的真空计分别进行相应范围内真空度的测量．常用的有热耦真空计和电离真空计。
热耦真空计也叫热耦规，通常用来测量低真空，可测范围为10～10-1Pa，它是利用低压下气体的热传导与压强成正比的特点制成的。
电离真空计也叫电离规，是根据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的，测量范围为10-1～10-6 Pa。
使用时特别注意：当压强高于10-1Pa或系统突然漏气时，电离真空计中的灯丝会因高温很快被氧化烧毁，因此必须在真空度达到10-1Pa以上时，才能开始使用电离真空计。
为了使用方便，常把热偶真空计和电离真空计组合成复合真空计。
本实验中用到的真空计是热电偶真空计和热阴极电离真空计，又叫做热偶规和电离规，其结构如下图所示。
它们的工作原理分别简述如下：（1）热偶规在热偶规中，热丝的温度由一个细小的热电偶测量。
热电偶就是不同金属绞接构成的，当两个结构温度不同时，有温差电动势存在，也就是所谓的温差电效应。
其测量过程是：在铂丝上加一定的电流，铂丝温度升高，热电偶出现温差电动势，它的大小可以通过毫伏计测量。
如果加热电流是一定的，那么铂丝的平衡温度在一定的气压范围内取决于气体的压强，所以温差电动势也就取决于气体的压强。
热电动势与压强的关系可以通过计算得出，形成一条校准曲线。
考虑到不同气体的导热率不同，所以对于同一压强，温差电动势也是不同的（通常的热偶规是校准气体是空气或者氮气）。
热偶规热丝由于长期处于较高的温度，受到环境气体的作用，故容易老化，所以存在显著的零点漂移和灵敏度变化，需要经常校准。
（2）电离规常见的电离规的结构非常类似于三极管。
热阴极灯丝加热后发射热电子，栅状阳极具有较高的正电压。
热电子在栅状阳极作用下加速并被阳极吸收。
由于栅状阳极的特殊形状，除了一部分电子被吸收外，其他的电子流向带有负电的板状收集极，再返回阳极。
也就是说部分电子要来回往返几次才能最终被阳极吸收。
可以想象，在电子运动的过程中，一定会与气体分子碰撞并电离，电离的阳离子被收集极吸收并形成电流。
电子电流I e 、阳离子电流I i 与气体压强之间满足如下关系：eI I K P 31 由此可以确定出气压。