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。

清洗好基片。

2．放入样品

（1）．检查系统所有的阀门和电源开关,让其全部处于关闭状态。

（2）．打开放气阀V6，慢开旁抽阀V5，通入干燥空气，给分子泵和靶通水。

（3）．开总电源，按升降按钮的“升”钮，手动大法兰盖绕轴转至适当位置。

（4）．清洗溅射室，放好清洗过的玻璃基片，手动大法兰盖，找正位置按“降”钮，慢慢下降盖好。

（5）．关闭V6和V5。

3．抽真空

（1）．开机械泵，慢开旁抽阀V5，对溅射室直接抽气。

（2）．开热偶真空计，显示到20Pa左右，关V5开电磁阀DF，依次开分子泵，开闸板阀G（不能开得过死）。

（3）．当热偶真空计满度0．1Pa（数码显示为1.E-1）时,方可开DL-程控真空计(高真空计),抽真空达10-4Pa。

（4）．上述（2）（3）两项实验过程中，应详细记录各时刻的低、高真空计的示值，作出被抽容器（溅射室）的抽气曲线（即容器中压强随时间变化的曲线），以0．1Pa开始记录，并分析各状态真空度变化的机理。

4．真空镀膜

（1）．关闭高真空计，打开气路阀V3（慢开），低真空计显示值≤20Pa后开V1、V2和流量计，同样≤20Pa，稳定后，开气源，关小闸板阀G，使低真空计显示3Pa左右。（2）．设置计算的控制状态进行镀膜

①设置初始状态和镀膜时间，初状态与计算机上显示的状态相同例将（a）样品6，及(b)上档板孔对准B靶

②操作计算机使a,b同时转到A靶，卡住档板b,样品1转到A靶与孔对齐

③抽出卡铀待镀基片（样品1）和档板孔一起转到B靶。

（3）启动励磁电源。先确认电压、电流调节旋钮处于零位，然后按电源“开”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）。

5．停止镀膜和关机

（1）．溅射工作完毕后，先将板压调节到０，然后关断板压＼关灯丝（橙色按钮），关溅射总电源。

（2）．关气源，依次开闸板阀G，关流量计（先调至0位再关），关V3（V1、V2都得关），约抽10—20分钟。

（3）．关（两）真空计，关闸板阀G，关分子泵，过5—10分钟关电磁阀DF，关机械泵。（4）．按步骤1取出样品，并按步骤3抽真空达10-3Pa,再按上一步关机。

（5）．关真空泵处的总电源、关水。

（6）．观察镀制膜层的质量，并对实验结果进行分析。

注：上述（4）中的取样品也可留待下次实验时取，这样就可活力最后的第（4）步。

五、数据与结果：

表1．真空测量数据

3.抽气曲线：

P（Pa）

t（min）0

空靶位

六、注意事项

1、开机前必须先通水；

2、镀膜基片必须认真清洗。

3、励磁靶的励磁电流不得超过3A。

七、思考题

1. 什么叫真空？真空度如何衡量和划分？

2. 镀膜过程中氩气的作用是什么？

3. 如何测量膜的厚度？