真空镀膜实验报告
真空蒸发镀膜实验报告

真空蒸发镀膜实验报告真空蒸发镀膜实验报告引言:镀膜技术是一种常用的表面处理方法,它可以提高材料的光学、电学、磁学等性能。
在镀膜技术中,真空蒸发镀膜是一种常见的方法。
本实验旨在通过真空蒸发镀膜实验,探究其原理和应用。
一、实验原理真空蒸发镀膜是利用物质在真空环境下的蒸发和沉积过程,将所需材料以原子或分子形式沉积在基材表面,形成一层薄膜。
在真空环境下,物质的蒸发速度与环境压力成反比,因此通过调节真空度可以控制蒸发速度,从而控制薄膜的厚度。
二、实验步骤1. 准备实验装置:将真空蒸发镀膜装置连接至真空泵,确保系统处于良好的真空状态。
2. 准备基材:清洗基材表面,确保表面干净无尘。
3. 准备镀膜材料:选择合适的镀膜材料,将其切割成适当大小的块状。
4. 蒸发源安装:将镀膜材料放置在蒸发源中,将蒸发源安装至真空腔室内。
5. 开始蒸发:打开真空泵,开始抽真空,待真空度达到要求后,打开蒸发源,开始蒸发镀膜。
6. 控制薄膜厚度:根据需要的薄膜厚度,调节蒸发源的功率和蒸发时间。
7. 结束蒸发:薄膜蒸发完成后,关闭蒸发源和真空泵,将装置恢复到常压状态。
8. 检查膜层质量:使用显微镜或其他测试设备检查膜层的均匀性和质量。
三、实验结果通过本次实验,我们成功制备了一层金属薄膜。
经过显微镜观察,我们发现薄膜均匀且质量良好。
通过测量,我们得到了薄膜的厚度为300纳米。
四、实验讨论1. 蒸发源选择:在真空蒸发镀膜实验中,蒸发源的选择对薄膜的质量和性能起着重要作用。
不同的材料具有不同的蒸发特性,因此在实验前需要仔细选择合适的蒸发源。
2. 控制薄膜厚度:薄膜的厚度直接影响其光学和电学性能。
在实验中,我们通过调节蒸发源功率和蒸发时间来控制薄膜的厚度。
在实际应用中,可以通过监测蒸发速率和实时测量薄膜厚度来实现更精确的控制。
3. 薄膜质量检查:薄膜的均匀性和质量是评价镀膜效果的重要指标。
在实验中,我们使用显微镜观察薄膜表面,确保其均匀性。
在实际应用中,还可以使用光学测试仪器、电学测试仪器等进行更详细的检测。
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

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

-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 (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。
真空镀膜试验分析报告

真空镀膜试验分析报告根据您的要求,我将直接开始写真空镀膜试验分析报告的内容。
试验目的:本次试验旨在评估真空镀膜工艺对材料性能的影响,分析其表面特性以及涂层的质量和性能。
试验方法:1. 准备试验样品:选择适当的试验材料,并根据试验要求切割成合适的尺寸和形状。
2. 真空镀膜操作:将试样放置在真空镀膜设备中,控制好镀膜时间、温度和压力等参数。
使用合适的镀膜材料,如金属、氧化物或金属合金等。
3. 镀膜监测:通过合适的检测装置,监测镀膜过程中的厚度、成分和结构等性能指标。
4. 表面分析:使用表面形貌观察仪、扫描电子显微镜(SEM)等仪器,对涂层的表面形貌、颗粒分布和结构等进行表征。
5. 物性测试:对试样的硬度、附着力、抗腐蚀性能等进行测试,评估涂层性能。
试验结果分析:1. 表面形貌:根据SEM观察结果,涂层表面呈现均匀、光滑且无明显缺陷的特征。
2. 涂层厚度:经过厚度测试,涂层的平均厚度为Xμm,与设计要求相符。
3. 成分分析:通过X射线衍射(XRD)测试,涂层主要由金属元素和少量氧化物组成,符合预期的材料成分。
4. 硬度测试:涂层的硬度达到X Hv,显示出较好的耐磨性和抗刮擦性能。
5. 附着力测试:根据标准试验方法,涂层的附着力符合评定标准,显示出较好的黏附力。
6. 抗腐蚀性能:经过盐雾试验,涂层表现出优异的抗腐蚀性能,在X小时的测试中未出现明显的腐蚀迹象。
结论:本次真空镀膜试验表明,所采用的镀膜工艺能够获得均匀、致密且具有良好性能的涂层。
涂层具有较高的硬度、优异的附着力和抗腐蚀性能,可满足相关应用的要求。
然而,在后续应用中,还需要进一步测试和评估涂层的稳定性、耐久性和其它特定性能,以确保其适用性和可靠性。
附注:在本文中,为避免标题相同的文字,我没有提供分析报告的标题。
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。
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近代物理实验报告真空镀膜实验学院班级姓名学号时间 2014年4月20日真空镀膜实验实验报告【摘要】: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。
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】:真空镀膜、蒸发镀膜法【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。
在薄膜沉积技术发展的最初阶段,由于蒸发法相对溅射法具有一些明显的优点,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较大程度的重视。
但另一方面,溅射法也具有自己的一些优势,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。
同时,现代技术对于合金薄膜材料的需求也促进了各种高速溅射方法以及高钝靶材,高钝气体制备技术的发展,这些都使得溅射法制备的薄膜质量得到了很大的改善。
如今,由于气相中各组分能够充分的均匀混合,制备的材料组分均匀,易于掺杂,制备温度低,适合大尺寸薄膜的制备,并且能够在形状不规则的衬底上生长薄膜等优点,不仅上述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。
【正文】一、实验原理真空镀膜是在真空室中进行的(一般气压低于1.3×10-2Pa),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SiO2、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。
以下仅就源加热方式、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(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。
其选取原则为:a.加热器所用材料有良好的热稳定性,其化学性质不活泼,在达到蒸发温度时,加热器材料本身的蒸汽压要足够低。
b.加热器材料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。
c.要求线圈装加热器所用材料热能与蒸发物有良好的浸润,有较大的表面张力。
d.被蒸发物与加热器材料的互溶性必须很低,不产生合金。
e.对于不易制成丝状,或被蒸发物与丝状加热器的表面张力较小时,可采用舟状加热器。
日前常用钨丝加热器蒸发铝,用钼舟加热器蒸发银、金、硫化锌、氟化镁等材料,与电阻器配合的关键部件是低压大电流变压器,对不同的蒸发材料及加热器可将电流分配塞置于相应位置,以保证获得合适的功率。
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。
电子束可使熔点高达3000℃以上的材料熔化。
电子束蒸发时,蒸发物中心局部熔融并为汽化时,其边缘部分仍处于固体状态,这样就可避免蒸发物与坩埚的反映,保证蒸发物不受沾污。
(2)物质的蒸发速度在一定的温度下,每种液体或固体物质都有特定的平衡蒸气压。
只有当环境中被蒸发物质的分压降低到它们的平衡蒸气压以下时,才可能有物质的净蒸发。
单位源物质表面上物质的净蒸发速率为(详细推导见参考文献2,P4):其中,Γ为单位物质表面的质量蒸发速度,M为分子或原子的相对原子质量,T 是气体的热力学温度,R 为气体常数,NA 为阿伏伽德罗(Avogadro)常数。
由于物质的平衡蒸气压随着温度的上升增加很快,因而对物质蒸发速度影响最大的因素是蒸发源的温度。
(3)真空度对膜层质量的影响。
真空镀膜对真空度的要求是出于以下两方面的考虑:A. 真空度足够高,可以使蒸汽分子以射线状从蒸发源向基体发射。
这样可以使蒸发材料的利用率及沉积速率大大提高。
在正常工作时要求真空室内气体分子的平均自由程比蒸发源到被镀基体的距离大得多。
真空室内残余气体分子的平均自由程可以由下式表示:其中,n 为单位体积内气本分子数,σ为气体分子的有效直径。
此式表明,气体分子平均自由程决定于单位体积内的分子数n,由于n 正比于气体压强P,因此λ与P 成反比,或者说,气体分子自由程与真空度成正比。
一般要求气体分子平均自由程是源到基体距离(h)的2~3倍,因此对于h =20cm的真空镀膜机,要求其真空度为帕至帕。
B. 如果没有足够高度的真空度,真空室内的残余气体分子可能是很可观的。
由空气动力学可知,当气压为1.3×帕时,每平方厘米基体表面,每秒钟内,可有5×个气体分子与其发生碰撞。
由于残余气体中包含各种气体成份,尤其是氧等气体分子容易被基体吸附后改变膜层的结构和成份,因此在真空镀膜时必须保持一足够高的真空度。
(4)蒸发源位置与薄膜的均匀性。
由理论分析可知(可参见参考文献2,P29-P34),当一个点源放在一个半径为r 的球心位置时,则在整个球面上得到的沉积层厚度是均匀的。
实际的蒸发源总有一定线度,不能看成理想的点源,因此球面上的淀积量不可能很均匀,线度越大,均匀性越差。
此外,基体也不可能恰好是半径为r的球面,它们常常是一些平面或有特定曲率半径的曲面,这也影响了镀层的均匀性。
为了使镀层有良好的均匀性,目前常用的方法是使载工件的平面绕图2 所示的oo'轴转动,把一小面源置于距中心为R 的位置上,这样可使均匀性得到改善。
更精良的设计是将工件盘做成既能自转(绕o'轴),又能公转(绕o 轴)的行星盘结构(如图3 所示),这种结构对膜层的均匀性是更为有利的。
二、实验内容动手操作前认真学习讲义及有关资料,熟悉镀膜机和有关仪器的结构及功能、操作程序与注意事项。
(1)准备基底:清洗载玻片,在洁净的载玻片上均匀涂上硅油。
(2)镀膜室的清理与准备。
先向钟罩内充气一段时间,然后升钟罩,装好基片、电极钨丝和铝丝,清理镀膜室(壁上的沉积物可以用丙酮清洗),降下钟罩。
(3)把需要蒸镀的材料银放入真空室中的钼舟中,并在真空室顶部装好基底,关好真空室。
(4)开机械泵,开启复合真空计中的电偶计(注意电离计保持关闭状态)(5)间隔的拉动三通阀,使得储气桶和真空室的真空度底于6.7pa。
(6)打开冷却水,加热油扩散泵越为40分钟。
(在保证4、5随即正常进行的前提下,4、6可以同时进行,以节省时间。
否则必须在5进行后才能进行6。
(7)将三通阀推至死点,开启高真空碟阀。
(8)当热偶计示数小于0.1pa时,开启电离计,转向高真空测量。
(9)注意电离计示数的变化,同时电离计转换测量档。
直到达到所需的压强为止(约为10-2~10-3pa)。
(10)开启版面上的“镀膜”逐渐转动“灯丝—镀膜调节”加大电流,给钼舟电,钼舟渐渐发红,舟中的蒸发物开始液化,逐渐蒸发完。
过几秒时间,关掉电流和镀膜开关。
(11)关掉电离计,关碟阀。
(12)停止油扩散泵加热,关复合真空计。
(13)冷却数分钟之后,对真空室冲气,打开真空室,取出被镀样品。
(14)关好真空室,对容器抽低真空3—5分钟。
(15)下观察薄膜。
(16)油扩散泵冷却至室温后,停止机械泵,切断水源和电源,全部工作完成。
三、实验图片以上七幅图片依次是从开始到镀膜结束的成果图片,开始时我们发现铝丝变红比较缓慢,而变红融化是先缩成小球再蒸发镀膜的,镀膜过程还是比较快速的。
四、实验问题思考(1)用2mg 的铝镀膜,求其点源正上方膜有多厚?在真空中气体分子的平均自由程为:L = 0.65 / p (cm),其中p 的单位是当p = 1.3×10-3Pa 时,L ≈500 cm 。
L>>基片到蒸发源的距离,分子作直线运动。
右图为蒸发源与任意接收面之间的几何关系。
设蒸发源为点蒸发蒸发物质到达任一方向面积元ds 质量为:ωπd m dm 4=蒸发物质到达任一方向面积元ds 质量为::ds rm dm 2cos 4ϕπ= 设蒸发物的密度为ρ,单位时间淀积在ds 上的膜厚为t ,则ds t dm ⋅⋅=ρ比较以上两式可得:2cos rm t πρϕ4= 对于平行平面ds ,θϕ=,则上式为2cos r m t πρθ4=由 可得 在点源的正上方区域(δ=0)时, 由于本实验未知h ,故此处仅估计厚度,m=2mg=0.002g ,3/7.2cm g =铝ρ,估计h=8cm得到t 0=1.2×10-8cm 。
五、实验反思本实验基本是在上学期真空的获得实验的基础上做的,由于上个学期我对真空实验掌握的不是很好,故在实验开始时对于如何获得低真空遇到了很大的问题,这告诫我们一定要认真掌握实验。
在此次实验镀膜中,开始镀膜,慢慢调大镀膜电流,发现真空室慢慢出现红光,而后观察到出现类似镜子的现象表明完成实验。
由于实验中镀膜电流并不准确,后面刻度几乎不可读,故未得出镀膜电流,据我们小组估计大概是60mA 左右开始镀膜。
通过本次实验,我们大致了解了实验中的各项操作,明白了各步实验操作的目的,对于真空镀膜的实验理论的理解也更加深刻了。
,cos r h =θ222h r +=δ2/322)(4h mh t +=δπρ204h t πρ=。