4《真空镀膜技术》实验指导书(全).doc

《真空镀膜技术与设备》指导书课程编号: 02210131 课程名称: 真空镀膜技术与设备实验一真空蒸法镀膜实验一、实验目的与要求 1 )进一步掌握真空蒸发镀膜机结构特点; 2 )进一步掌握真空蒸发镀膜物理过程; 3 )初步掌握真空蒸发镀膜操作技术; 4 )了解影响真空蒸发镀膜厚的因素。二、实验设备与工具 1) CCD-500BD 超高真空镀膜机一台,真空系统见示意图1; 图 1. CCD-500BD 镀膜机真空系统示意图 1- 真空蒸发器; 2- 超高真空阀; 3- 液氮冷阱; 4- 复合式钛泵; 5- 油扩散泵阀; 6- 水冷却挡板; 7- 油扩散泵; 8- 高真空硅管; 9- 真空管道阀门; 10- 机械泵 2 )原材料:***、 NaOH 、钨丝Φ 1~15 mm、铝丝、银丝、玻璃片、镊子等。三、实验原理某物质在封闭空间中,温度为 T[K] 时的饱和蒸汽压 P v为 HvA ln P A RT ? ?(1) 式中: HA ——汽化潜热; A ——常数; R ——气体常数; T ——绝对温度。当饱和蒸汽压为 18Pa 时,该物质的温度就称为该物质的蒸发温度。当物质被加热至蒸发温度时, 该物质就会以一定的蒸发速率不断地向空间蒸发, 同时蒸发出的原子(或分子)也以一定的速率凝结回到原物质上。在压力为P的真空中,单位时间因蒸发而离开单位固体表面的质量蒸发速率为?? 20 V V u M 10 P P T ?? ? ?(2) 式中: VM ——单位时间蒸发离开固体表面的质量蒸发速率, U ——克分子质量, C ——凝结系数。在压力小于 10 -3 Pa 真空环境中因 P V >>P ,蒸发出的分子中相互碰撞和返回蒸发源的分子是可以忽略的,即蒸发出的分子全部凝聚在蒸着面上,其质量蒸发速率为 20 C V u M 10 P f ?? ?(3) 由于基片表面的温度低于蒸发的气相分子的临界温度, 所以气相分子到达基片表面就会产生吸附和凝聚, 即形核。随着后续膜材原子的到达, 形成的核将不断长大, 并相互连结形成薄膜。为了在基片表面上形成几百A~几微米厚的薄膜,必须将蒸发材料加热至蒸发温度。常用的加热方法有电阻加热、电子束加热、高频感应加热、电弧加热、激光加热等加热方式。本实验采用最常用、最方便的电阻加热法。四、试验操作与步骤 1 )首先熟悉真空系统结构和操作程序; 2 )将清洗干净并被烘干的蒸发电阻加热器安装到位; 3 )将清洗干净和烘干的铝丝或银丝,玻璃片安装好; 4) 关好真空钟罩, 开启机械泵15分钟后, 测量真空度大于4 Pa, 接通扩散泵冷却水, 开启油扩散泵,当真空度 1× 10 -2~5× 10 -3 就可以进行真空蒸发实验; 5 )打开蒸发电源,逐步加高真空电阻丝或银丝加热电压,并从观察窗观看蒸发铝丝或银丝是否溶化, 当铝丝溶化后形成铝球, 应立即停止升压, 这是铝开始大量蒸发, 打开挡板, 大量铝原子被蒸发到玻璃板上,时间控制在 30s~ 120 s之间; 6 )用同样的方法进行蒸银实验。 7 )待钟罩冷却后,钟罩放大气,取出被蒸玻璃样品,并观察其结果。 8 )先关去扩散泵电源, (一般不能小于 30 分钟)待泵冷却后,再关掉