磁控溅射法制备薄膜材料实验报告
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。
《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薄膜作为一种重要的功能材料,在光电、电磁、热学等领域具有广泛的应用。
近年来,随着科技的发展,透明导电氧化物薄膜的制备技术也在不断进步。
其中,磁控溅射法因其制备工艺简单、薄膜质量高、可重复性好等优点,成为制备透明导电氧化物薄膜的常用方法之一。
本文将详细介绍磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜的过程,并对其性能进行研究。
二、磁控溅射法制备透明导电氧化物薄膜2.1 实验材料与设备实验材料主要包括靶材(如氧化锡、氧化铟等)、基底(如玻璃、石英等)以及氩气等。
实验设备为磁控溅射镀膜机,该设备具有高真空度、高溅射速率、低损伤等特点。
2.2 制备过程(1)将基底清洗干净,放入磁控溅射镀膜机中;(2)将靶材安装在磁控溅射镀膜机的靶材托盘上;(3)将氩气通入磁控溅射镀膜机内,调整气压至合适范围;(4)开启磁控溅射镀膜机的电源,调节溅射功率和溅射时间;(5)当靶材表面开始发生溅射现象时,基底上的透明导电氧化物薄膜开始沉积;(6)在设定的时间结束后,关闭电源,停止溅射。
2.3 工艺参数优化在实验过程中,可以通过调整磁控溅射镀膜机的工艺参数(如溅射功率、溅射时间、工作气压等),来优化透明导电氧化物薄膜的制备过程。
在实验过程中,需要控制好各参数的配合关系,以获得最佳的薄膜质量和性能。
三、性能研究3.1 结构性能研究通过X射线衍射(XRD)技术对制备的透明导电氧化物薄膜进行结构分析。
通过XRD图谱可以确定薄膜的晶体结构、晶格常数等参数。
此外,还可以利用扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面形貌,分析薄膜的致密性和颗粒大小。
3.2 电学性能研究通过四探针法测量透明导电氧化物薄膜的电阻率、方块电阻等电学性能参数。
同时,还可以通过霍尔效应测试等方法研究薄膜的载流子浓度、迁移率等电学性质。
通过这些研究,可以评估薄膜的导电性能及其在器件中的应用潜力。
3.3 光学性能研究通过紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)测量透明导电氧化物薄膜的光学性能参数,如透光率、反射率等。
实验二 磁控溅射实验

磁控溅射实验姓名:孟超学号:38092105一、磁控溅射原理磁控溅射是制备固体薄膜的重要技术手段之一,已被广泛地应用于科学研究和工业生产中。
磁控溅射的原理是,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,电离出氩离子和电子,电子飞向基片,氩离子在电场的加速作用下轰击靶材,溅射出靶材原子或分子,呈中性的靶原子或分子沉积在基片上形成的薄膜。
电子在加速飞向基片的过程中受到靶表面附近磁场洛仑兹的影响,被束缚在靠近靶面区域内做螺旋运动,导致更多的碰撞产生更多的电离,使得该区域内等离子体密度很高。
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体密度很高。
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。
磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径,改变电子的运动方向,提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。
电子的归宿不仅仅是基片,真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。
但一般基片与真空室及阳极在同一电势。
磁场与电场的交互作用使单个电子轨迹呈三维螺旋状,而不仅仅在靶面圆周运动。
至于靶面圆周型的溅射轮廓,那是靶源磁场磁力线呈圆周形状。
磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。
磁控溅射的基本原理是利用Ar-02混合气体中等离子体在电场和交谈磁场的作用下,被加速的高能粒子轰击靶材表面,能量交换后,靶材表面的原子脱离原晶格而逸出,转移到若何表面而成膜。
磁控溅射的特点是成膜速率高,基片温度低,膜的粘附性好,可实现大面积镀膜。
该技术可以分为直流磁控溅射法和射频溅射法。
二、实验过程a)准备基片首先,我们是这学期做这个实验的第一组。
实验中使用的基片也是新买的,所以清洗的过程比较简便。
先是用蒸馏水简单漂洗,之后放到超声波振荡清洗槽中做进一步清洗。
b)放置基片开真空室前,必须确保真空室处于大气压状态。
打开位于机器后方的放气阀,渐渐增加腔内气压,当放气声音消失时不要立刻打开真空室,须等放气彻底再打开以免损坏机器。
《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。
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。
射频磁控溅射实验报告

一、实验目的本次实验旨在通过射频磁控溅射技术制备薄膜材料,并对其形貌、结构和性能进行分析。
通过实验,掌握射频磁控溅射技术的操作方法,了解薄膜材料制备的基本原理,并学会使用相关设备进行薄膜制备和性能测试。
二、实验原理射频磁控溅射技术是一种常用的薄膜制备方法,其基本原理是利用射频电磁场激发气体电离,产生等离子体,等离子体中的正离子在电场作用下轰击靶材表面,使靶材表面的原子或分子溅射出来,沉积在衬底上形成薄膜。
三、实验材料与设备1. 实验材料:- 靶材:纯度为99.99%的AlN靶材- 衬底:玻璃衬底2. 实验设备:- 射频磁控溅射系统- 真空泵- 氩气瓶- 氮气瓶- 超声波清洗机- 显微镜- 扫描电子显微镜(SEM)- X射线衍射仪(XRD)- 能量色散光谱仪(EDS)四、实验步骤1. 预处理:- 将靶材和衬底清洗干净,去除表面的油脂和杂质。
- 将清洗干净的靶材和衬底放入真空系统中,抽真空至1.0×10^-3 Pa。
2. 薄膜制备:- 将清洗干净的靶材和衬底放入射频磁控溅射系统中。
- 调节射频功率、气压、溅射时间和衬底温度等参数。
- 在设定的参数下进行溅射,制备AlN薄膜。
3. 薄膜性能测试:- 使用显微镜观察薄膜的形貌。
- 使用SEM观察薄膜的微观结构。
- 使用XRD分析薄膜的晶体结构。
- 使用EDS分析薄膜的成分。
五、实验结果与分析1. 薄膜形貌:通过显微镜观察,制备的AlN薄膜呈均匀的灰黑色,表面光滑,无明显缺陷。
2. 薄膜微观结构:通过SEM观察,制备的AlN薄膜呈柱状结构,柱间距约为100 nm。
3. 薄膜晶体结构:通过XRD分析,制备的AlN薄膜为六方晶系,具有较好的结晶质量。
4. 薄膜成分:通过EDS分析,制备的AlN薄膜主要由Al和N元素组成,符合理论计算结果。
六、实验结论通过射频磁控溅射技术成功制备了AlN薄膜,薄膜形貌、结构和性能良好。
实验结果表明,射频磁控溅射技术是一种制备高质量薄膜材料的有效方法。
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。
磁控溅射法制膜实验

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结构、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.了解实验条件对薄膜性能的影响二、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简单的溅射装置图所需的离子。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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。
这就是简单的“二级直流溅射”。
(3)磁控溅射
通常的溅射方法,溅射沉积效率不高。
为了提高溅射效率,经常采用磁控溅射的方法。
磁控溅射的目的是增加气体的离化效率,其基本原理是在靶面上建立垂直与电场的一个环形封闭磁场,将电子约束在靶材表面附近,延长其在等离子体中的运动轨迹,提高它参与气体分子碰撞和电离过程的几率,从而显著提高溅射效率和沉积速率,同时也大大提高靶材的利用率。
其基本原理示意见图 5-2。
图 5-2 磁控溅射镀膜原理
磁控溅射能极大地提高薄膜的沉积速度,改善薄膜的性能。
这是由于在磁控
溅射时气体压力减小了,使薄膜中嵌入的气体杂质减少,薄膜表面气孔减少而密实,膜面均匀一致。
磁控溅射可以分为直流磁控溅射和射频磁控溅射,射频磁控溅射中,射频电源的频率通常在 5~ 30MHz。
溅射过程中还可以同时通入少量活性气体(如氧气),使它和靶材原子在基片上形成化合物薄膜(氧化物薄膜),这就是反应溅射。
2、溅射装备
以平面溅射方式为例,如图 5-3 所示的溅射装置图。
在真空室中,基片与圆形靶表面正对且用带孔挡板隔开,其中阴极靶用循环水冷却,基片架上附有加热或通冷却水装置。
四、实验内容
1、在教师指导下学生查阅有关文献,了解磁控溅射制备薄膜的原理;
2、在教师指导下,学习磁控溅射镀膜机的正确使用;
3、在教师指导下,按照实验程序进行薄膜制备实验;
1)、开相关设备的电源,并开冷却水和空压机;
2)、打开放气阀,待没有气压声时打开真空室大门;
3)、把玻璃样品安放在靶台的适当位置,关闭真空室大门;
4)、关闭放气阀,打开机械泵控制电源,然后打开旁抽阀,开始抽真空,直到真空度低于5Pa;
5)、关闭旁抽阀,打开前级阀,开分子泵电源,逐渐打开翻板阀,开始抽真
空,此时分子泵的转速为8400r/s,频率为135Hz。
当真空度为3×10-3Pa时,分子泵转速为2700r/s,频率为450Hz,电压55V,电流3.3A;
6)、打开氩气瓶和对应的MCF控制阀,MCF流量显示仪打到阀控位置,然后调节流量为20SCCM(即标况下20mL/min),此时真空室气压为5.5×10-2Pa 缓慢调节翻板阀开口的大小,调节真空室气压至1到2Pa之间(本实验为1.6Pa);
7)、打靶台挡板开直流电源开关,调节功率,可以观察到,当为10W左右时,开始出现辉光,并且辉光呈绿色,并随功率的增大颜色变亮;
8)、开样品挡板开始溅射;
9)、停止溅射:将功率逐渐调制0,并关闭溅射电源,关闭氩气瓶和对应的MCF控制阀;关闭翻板阀,关闭分子泵电源,直到分子泵频率和转速都降为0时,关闭前级阀;关闭机械泵;
10)、开放气阀,直至没有气流声,然后打开真空室大门,取出样品,可观察到玻璃样品上已镀上一层银白色的膜。
11)、关闭真空室并将其抽至低真空,然后关闭空压机、水冷系统等,并切断总电源。
4、在教师指导下测量薄膜的电学和光学性质;
5、对薄膜性能进行分析;
6、总结实验结果,撰写实验报告。
五、实验数据与数据处理
在实验中,老师对电镀薄膜进行了时间控制,时间分别控制在10s和60s。
这两种的放射率测量的结果如下图:
电镀10秒的薄膜
电镀60秒的薄膜六、实验结论
从上面两幅波长与反射率的关系可以看出:
1、对于电镀10秒的薄膜,在波长300-600(基本上是可见光)间随着波长的变长,反射率并没有明显变化,都比较低,在波长600mm(基本是红外光)之后,随着波长的加长反射率逐渐增加。
可以知道,较薄的膜对波长短的光透过率低。
2、对于电镀60秒的薄膜,从波长300mm开始,随着波长的加长反射率基本呈线性增加。
3、对于10秒和60秒两个薄膜来说,电镀60秒的薄膜其反射率远高于电镀10秒的薄膜。
3、在可见光范围下,10秒的呈透明,而60秒的几乎不透明。
七、思考题
1、在镀膜机使用过程中,你知道哪些注意事项?
答:(1)要确定真空室内的膜料、离子源灯丝、工件架是否按要求放置好。
(2)工艺完成后要关闭电子枪和离子源等开关,待真空镀膜设备冷却一消失后方可关闭电源。
(3)允许不可开店电柜、真空室的屏蔽门。
2、直流磁控溅射镀膜有哪些特点,有利于哪些薄膜材料的制备,而哪些材料用直流磁控溅射制备不利?
答:溅射镀膜是利用气体放电产生的正离了在电场的作用下高速轰击作为阳极的靶,使靶材料中原子(或离子)逸出而淀积到被镀基片表面,从而形成所需要的薄。
溅射镀膜类型很多,与真空蒸发镀膜相比,其主要特点有下面四点:(1)任何物质都可以溅射,尤其是高熔点、低蒸汽压的元素和化合物;
(2)溅射薄膜与基片之间的附着性好;
(3)溅射薄膜密度高、针孔少、薄膜纯度高;
(4)溅射薄膜膜厚容易控制,重复性好;
具有磁性的材料,半导体等不适合磁控溅射,没有磁性的材料比较适合。
3、你制备的金属膜的光学和电学性能与你查到的该类薄膜的性能有什么不同,为什么?
答:网上显示的真空磁控溅射镀膜的性能:电阻率低,透射率高。
实验制备的金属膜的性能:电阻率略高,透射率偏低。
原因:实验中温度偏高,导致晶粒过大,电阻率升高;时间过长同样会
导致温度增高,晶粒变大,电阻率升高;氩气气压过高,氩离子过多,碰撞多,晶化率变低,透射率变低;靶基距离过大,散射增大,致密性下降,透射率变低。