真空镀膜实验报告

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，真空室内的气压显著上升，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，但显著平缓。分析这种现象出现的原因，首先需明确加热蒸发源时真空腔内气压升高的原因：一方面，材料本身有气体吸附，加热使得这部分气体逸出，导致真空室内气压升高；另一方面，材料的蒸镀本身也可能导致气压升高，但影响程度低于第一方面。对于硫化锌，其结构较为致密，密度和熔点较高，故蒸镀产生的蒸气压低于氟化镁；另一方面，硫化锌的气体吸附量较少，这也是由于其致密的结构特点。

2. 膜厚监测

当反射率由一个极值点向下一个极值点过渡的瞬间，应当立即切换蒸发源。然而在本次实验中，我们遇到了困难。由于未知的原因，无论使用哪一种蒸发源，光点指示面板上的示数都始终在无规律变动，而整体稳定在60-80之间，没有明显的上升、下降趋势。理论分析表明，氟化镁和硫化锌具有不同的折射率，当两种材料交替分层排布时，光将在每一个界面

上发生反射和折射。计算表明，只要控制每层的膜厚与波长的关系，就可以使所有界面的反射叠加，从而形成高反射率膜。

分析本次实验失败的原因，可能有以下几点：

——基片的清洁做得不够，导致蒸镀分子未能良好附着；

——蒸镀材料在镀膜过程中掉落，导致镀膜失败；

——蒸发腔压强不够低，或者电路方面的问题等。

四结论

在本次实验中，我们采用电加热蒸发镀膜的方法尝试蒸镀硫化锌/氟化镁/硫化锌三层高反射率膜，并测定了蒸发腔内气压随时间变化的规律。虽然由于种种原因导致蒸镀失败，但我们依然对蒸发镀膜的基本原理有了较为清晰的认识。

附原始数据