《真空镀膜实验》PPT课件.ppt

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1、真空镀膜,一、引言二、真空技术入门三、薄膜材料的制备四、真空蒸发镀膜实验五、薄膜厚度的计算六、薄膜厚度的测量,真空镀膜技术是一种新颖的材料合成与加工的新技术，是表面工程技术领域的重要组成部分。真空镀膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆一层特殊性能的薄膜，从而使固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰等许多优于固体材料本身的优越性能，达到提高产品质量、延长产品寿命、节约能源和获得显著技术经济效益的作用。因此真空镀膜技术被誉为最具发展前途的重要技术之一，并已在高技术产业化的发展中展现出诱人的市场前景。,一、引言,二、真空技术入门,真空：低于一个大气压的气体状态

2、。1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇 宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。,真空度的单位,1标准大气压=760mmHg=760(Torr)1标准大气压=1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa,真空区域的划分,目前尚无统一规定，一般最常见的划分为：粗真空 低真空 高真空 超高真空 极高真空,真空的获得,低真空（101Pa）机械泵较高真空（103104Pa）扩散泵更高真空涡轮分子泵,真空度的测量,实用的真空计主要有：形真空计10 1 Pa热传导真空计 100101 Pa高真空

3、电离真空计 101105 PaBA超高真空电离计 101 10 Pa(贝耶得和阿尔伯特研制)分压强真空计101 10 Pa,真空技术是基本实验技术之一，真空技术在近代尖端科学技术，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，在工业生产中也有日益广泛的应用。,三、薄膜材料的制备,薄膜制备方法有很多种,如液相制备方法、电化学制备方法等，直接制备薄膜以气相沉积为主.包括：化学气相沉积（CVD)借助空间气相化学反应在衬底表面上沉积固态薄膜。物理气相沉积（PVD)用物理方法(如电弧、高频或等离子等高温热源）将源物质转移到气相中，在衬底表面上沉积固态薄膜。包

4、括真空蒸发、真空溅射等。,真空蒸发镀膜：在真空中把制作薄膜的材料加热蒸发，使其淀积在适当的表面上。它的优点是沉积速度较高，蒸发源结构简单，易制作，造价低廉，但不能蒸发难熔金属和介质材料。最大的缺点就是材料的利用率极低（试料在篮状蒸发源中以立体角、在舟状蒸发源中以立体角四散开来）真空溅射镀膜：当高能粒子(电场加速的正离子)打在固体表面时，与表面的原子、分子交换能量，从而使这些原子、分子飞溅出来，落在衬底上形成薄膜。溅射镀膜材料的利用率大大高于蒸发镀膜。,薄膜技术的应用,薄膜技术在现代科学技术和工业生产中有着广泛的应用：例如：光学系统中使用的各种反射膜、增透膜、滤光片、分束镜、偏振镜等；电子器件中

5、用的薄膜电阻，特别是平面型晶体管和超大规模集成电路也有赖于薄膜技术来制造；硬质保护膜可使各种经常受磨损的器件表面硬化，大大增强表面的耐磨程度；在塑料、陶瓷、石膏和玻璃等非金属材料表面镀以金属膜具有良好的美化装饰效果，有些合金膜还起着保护层的作用；磁性薄膜具有记忆功能，在电子计算机中作存储记录介质而占有重要地位。,四、真空蒸发镀膜实验,实验的准备工作用DM300型镀膜机镀膜干涉显微镜测量膜厚称重法测膜厚,实验的准备工作：,真空镀膜相关知识介绍（真空的获得和测量、薄膜材料介绍、真空镀膜实验等）制备镀膜用的铝块、钨篮、钼舟用酒精或丙酮清洗基片（载波片），在基片上做个台阶。我们是利用掩膜办法来实现，即

6、将基片的一部分表面挡住，使这部分基片蒸发不上薄膜。用NaOH溶液清洗掉铝块、钨篮、钼舟表面的氧化物等杂质蒸发室的清洗与安装称量载波片的质量,真空系统(DM300镀膜机),蒸发系统,蒸发源,蒸发源的形状如下图，大致有螺旋式(a)、篮式(b)、发叉式(c)和浅舟式(d)等。,蒸发源材料和镀膜材料的选择搭配原则,（1）蒸发源有良好的热稳定性，化学性质不活泼，达到蒸发温度时加热器本身的蒸汽压要足够低。（2）蒸发源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。（3）蒸发物质和蒸发源材料的互熔性必须很差，不易形成合金。（4）要求线圈状蒸发源所用材料能与蒸发材料有良好的浸润，有较大的表面张力。（

7、5）对于不易制成丝状、或蒸发材料与丝状蒸发源的表面张力较小时，可采用舟状蒸发源。,五、薄膜厚度的计算：,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Pa。当p=1.310-3Pa时，L500 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。,设蒸发源为点蒸发源，单位时间内通过任何方向一立体角d的质量为：蒸发物质到达任一方向面积元ds质量为:设蒸发物的密度为，单位时间淀积在ds上的膜厚为t，则比较以上两式可得:,对于平行平面ds，则上式为 由 可得在点源的正上方区域(=0)时，,六、薄膜厚度的测量,1.干涉显微镜法,薄膜样品台阶处的

8、干涉条纹，由于薄膜样品的两个表面有光程差，干涉条纹发生了弯曲，通过测量条纹的偏移和条纹间距，即可计算出台阶高度（薄膜厚度）。,干涉条纹间距0，条纹移动，台阶高 为，测出0 和，即可测得膜厚t 其中为单色光波长，如用白光，取,2.称重法,如果薄膜面积A，密度和质量m可以被精确测定的话，膜厚t就可以计算出来：,3.石英晶体振荡器法,将石英晶体放入镀膜室，就有蒸发的材料淀积到晶体上。而晶体的固有频率与其质量有关，事先校准好频率变化和沉积质量的关系，并认为薄膜密度和块状试料密度相同，就可以根据校准曲线和石英晶片上薄膜面积测得薄膜厚度。此法广泛应用于薄膜淀积过程中厚度的实时测量，主要应用于淀积速度，厚度的监测，还可以反过来（与电子技术结合）控制物质蒸发或溅射的速率，从而实现对于淀积过程的自动控制。,谢谢,