真空蒸發(fā)鍍膜1真空蒸發(fā)鍍膜原理真空鍍膜按其技術(shù)種類可分成以下

1、真空蒸發(fā)鍍膜1、真空蒸發(fā)鍍膜原理真空鍍膜按其技術(shù)種 類可分成以下 真空蒸發(fā)鍍膜 1、真空蒸發(fā)鍍膜原理 真空鍍膜按其技術(shù)種類可分成以下兒類:一:真空蒸發(fā)，包括電阻式加熱蒸發(fā)，電 子束加熱蒸發(fā)，低壓大電流反應(yīng)蒸發(fā)等,，二:真空濺射，包括二極濺射、射頻濺射、 反應(yīng)濺射、非平衡磁控濺射、中頻磁控反應(yīng)濺射等,，三:離子鍍，包括濺射離子鍍、 空心陰極離子鍍膜、反應(yīng)離子鍍、真空電弧離子鍍等，。 真空獲得、真空測(cè)量取得的進(jìn)展是薄膜技術(shù)迅 速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的決定性的因素。真空鍍膜方法的不斷改進(jìn)開創(chuàng)了真空技術(shù)在薄 膜領(lǐng)域應(yīng)用的新篇章.真空蒸發(fā)和濺射這兩種真空物理鍍膜工藝，是迄今在丄業(yè)上 能夠制備光學(xué)薄膜的兩種最主要的

2、工藝。真空離子鍍是大批量生產(chǎn)耐磨硬質(zhì)膜層， 如 機(jī)械泵 TiC, Ti等，的主要的工藝，在油擴(kuò)散泵一抽氣系統(tǒng)出現(xiàn)之后，它們 才獲得大規(guī)模地應(yīng)用。 真空蒸發(fā)鍍膜的原理是:先將鍍膜室內(nèi)的氣體 -2 抽到 10P&以下的壓強(qiáng)，通過加熱蒸發(fā)源使路于蒸發(fā)源中的物質(zhì)蒸發(fā)，蒸汽 的原子或分子從蒸發(fā)源表面逸出，沉積到基片上凝結(jié)后形成薄膜，它包括抽氣，蒸 發(fā)，沉積等基本過程。 真空環(huán)境是鍍膜的首要條件:，1,可防止在高溫下因空氣分子和蒸發(fā)源發(fā)生反 應(yīng)，而使蒸發(fā)源劣化,，2,可防止蒸汽原子或分子在沉積到基片上的途中和空氣分子 碰撞而阻礙蒸汽原子或分子直接到達(dá)基片表面，以及由于蒸汽原子、分子間的相互 碰撞而

3、在到達(dá)基片表面前就凝聚，或在途中就生成其它化合物,，3,可防止在形成薄 膜的過程中，空氣分子作為雜質(zhì)混入膜內(nèi)或在膜中形成其它化合物。 真空蒸發(fā)鍍膜常用的蒸發(fā)源有電阻式加熱蒸發(fā) 源、電子束加熱蒸發(fā)源、激光加熱蒸發(fā)源、空心熱陰極等離子束加熱蒸發(fā)源、 感應(yīng)式加熱蒸發(fā)源等。在高真空或超高真空下，用電阻、高頻、電子束、激光等加 熱技術(shù)，在玻璃、塑料、和金屬等基體上可蒸發(fā)沉積 100 多種金屬、半導(dǎo)體、和化 合物薄膜。其中，電子束反應(yīng)蒸發(fā)制備多層光學(xué)薄膜是一種方便有效的手段，在批 量化生產(chǎn)中已被普遍采用，其優(yōu)點(diǎn)是：電子束加熱溫度可達(dá) 3500?左右，蒸發(fā)材料 基本上不受限制，即使磚和鉗也可蒸鍍，蒸發(fā)速率高

4、,100, 750000 A/s,而且蒸發(fā) 速率和電子束 聚集調(diào)節(jié)方便，通過對(duì)蒸發(fā)材料的局部熔化或堆埸水冷，蒸發(fā)材料不與堆竭發(fā) 生反應(yīng)，保證了膜料的高純度。雖然電子束轟擊化合物會(huì)使化合物產(chǎn)生分解，但通 過導(dǎo)入少量反應(yīng)氣體可在一定程度上彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：薄膜的光學(xué)、物理 性能與塊狀材料和理論設(shè)計(jì)值有較大差異。主要存在以下不足：1),入射到基體上 的粒子能量較底，小于 0 2ev,膜層附著力不強(qiáng)，應(yīng)力較大。2),薄膜結(jié)構(gòu)為含 孔隙的柱狀結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致膜層不均勻，界面表面粗糙，對(duì)光的散射，膜層的環(huán)境 久性，光學(xué)性能的穩(wěn)定性，以及激光破壞閾值等性能都有不良影響。例如，薄膜中 的孔隙由于毛細(xì)管作用

5、，吸收空氣中的 水汽，導(dǎo)致折射率增加，光譜特性向更長(zhǎng)波長(zhǎng)方向漂移。 真空蒸發(fā)鍍膜工藝的發(fā)展趨勢(shì)是應(yīng)用荷能離子技術(shù)，使離子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為濺射 能、離子注入能、沉積粒子在基體表面的遷徙能、和溶化形核中心的能量，從而凈 化基體，增加薄膜生長(zhǎng)的活化能和化學(xué)活性，使膜層更加致密、均勻，性能大為改 善。 在真空鍍膜設(shè)備中產(chǎn)生荷能離子有二種途徑:一是在較低真空度下形成等離子 區(qū)，如活化反應(yīng)蒸發(fā)、離子鍍、分子團(tuán)離子束沉積、噴口離子束沉積、等離子體聚 合等工藝。它們的缺點(diǎn)是難以控制轟擊離子的能量和沉積速度，而且蒸發(fā)材料必需 導(dǎo)電。二是在高真空度下用分離的離子源產(chǎn)生離子，如離子束輔助沉積，離子束沉 積等工藝，這類工

6、藝可控制離子能量，離子流密度，離子方向，和離子種類。 鋁膜厚度是影響其性能的重要因素，不同用度的鋁膜其反射率變化如下圖所示, 下圖為 1、2、4、8、16、32、64、128nm鋁膜反射率的理論曲線 100 不同岸度AI膿曲反射對(duì)比 Wavelingth (nw) S08O70605040302010 CDeJusoa)一aitt餐 當(dāng)金屬厚度達(dá)到一定程度時(shí)，基底的影響可以忽略，在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)反 射率與厚度基本無關(guān)， 兒種較用金屬膜的反射率光譜特性如下圖所示，其反射率計(jì) 算公式為： 2221, (n, ik) (1, n), k R, 221, (m ik) (L n), k 其中 n為

7、鋁的折射率,k為消光系數(shù),它們都和波長(zhǎng)有關(guān)。 新鍍的兒種金屬饌的反射曲線 薄膜厚度的均勻性(是指膜厚隨著基片放路的位路變化而變化)和膜厚控制一樣 也是影響膜性能的一個(gè)重要因素，在大型鍍膜機(jī)中，尤其重要，它直接影響到產(chǎn)品 的成品率。當(dāng)蒸發(fā)源的形狀以及蒸發(fā)源和基片之間的相對(duì)位路確定后，基片上任何 一點(diǎn)的膜厚主要取決于蒸發(fā)源的發(fā)射特性，蒸發(fā)源通常分為兩類:一是點(diǎn)蒸發(fā)源,蒸 氣分子向各個(gè)方向均勻發(fā)射，二是面蒸發(fā)源，蒸氣的密度按所研究的方向與表面法線 間的夾角呈余弦分布，對(duì)于實(shí)際蒸 n發(fā)源用 CosO 分布來描述更為合理，n 二 0 為點(diǎn)源，n 二 1 為面源。經(jīng)過一些必要 的假定就可從理論上計(jì)算出膜的

8、壓度和分布情況。假定：1 ：蒸發(fā)分子之 0-3 04 0：& 08110 2 8 4 5 6 7 8 lb tlowco拙 .労護(hù)W 間以及與空氣分子間沒有碰撞，分子作直線運(yùn)動(dòng),2:沉淀到基片上的蒸發(fā)分子 全部凝聚成密度和大塊材料相同的薄膜,3:蒸發(fā)源的發(fā)射特性不隨時(shí)間改變，例 如，沒有蒸發(fā)源的熱變形。 1) .蒸發(fā)源膜厚分布的理論上訃算。 單位時(shí)間內(nèi)通過任何方向的一立體角 d3,如圖所示，的質(zhì)量為： mdnrXda . (7. 2. 4T) 4, 如蒸氣分子全部到達(dá)斜面 dS 上，則 2 Cos, mdm= X XdS . (7. 2. 4-2) 224, r 設(shè)物質(zhì)地密度為 P ,

9、單位時(shí)間凝聚在 dS 上的的厚 2 度為 t,則 dm=P XtXdS 上 . (7.2. 4-3) 2 比較(7. 2. 4-2)和(7. 2. 4-3)得： ICos, mt=XX . (7. 2. 4-4) 2, 4, r 2) .面蒸發(fā)源膜厚分布的理論上計(jì)算。如果蒸發(fā)源是個(gè)面，其發(fā)射范圍為半 球，考濾其中的一小部分 dS,如圖五所示，與蒸發(fā)方向成 0 角 1 dsCos, 2 傾斜的小平面 dS所張的立體角是 da 二，單 22r 位時(shí)間內(nèi)通過任何方 向的一立體角 d3 的質(zhì)量為： Cos,二 CXXd3 二 t 二 CX X XdS,先假定接收 mmdm22r 2 面為為球面的一部分

10、，則 0 二 0, dS=2nrSin(ld(l)o 2 ,/2 dm在半球面上積分得:二二 C,所 mm2, Cos, Sin, d, 0 以 C=1/ Ji o 根據(jù)余弦定律，單位時(shí)間內(nèi)通過 4)方向的一立體角 da 淀積在 dS 面上的膜質(zhì)量為：2如蒸氣分子全部到達(dá)斜面 dS ,則 2 m=Cos Cos 0 dS . (7) dm22, r 而=p XtXdS . (8) dm2 m 所以 t=Cos 4Cos 0 . (9) 2, r, 圖（五）點(diǎn)、面蒸發(fā)源的發(fā)射特性 山于鋁對(duì)螺旋形鉤絲有濕潤性，其發(fā)射特性接近柱狀蒸發(fā)源，蒸發(fā)源膜厚分布 非常復(fù)雜，對(duì)于較短的螺旋形鉤絲，可將其近似成點(diǎn)

11、蒸發(fā)源處理。 薄膜片度的均勻性不僅和蒸發(fā)源的形狀、發(fā)射特性以及蒸發(fā)源和基片之間的相 對(duì)位路有關(guān)，而且與放賂基片的夾具狀況（是平面狀還是球面狀，是否旋轉(zhuǎn),等）， 基片溫度等密切相關(guān)，此外，為了獲得更好的均勻性，往往采用遮擋板技術(shù)：即根 據(jù)蒸汽分子直線發(fā)射的特點(diǎn)，在基片附近放路一塊特定形狀的遮擋板，讓不需要的 分子沉積在遮擋板上，而不沉積在基片上，從而改變基片上的膜片分布。 2、真空鍍鋁實(shí)驗(yàn) 圖（六）是 DM-450A鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖:其中 1,電離規(guī)管，熱偶真空計(jì)滿表后 才m=Cos d 3 dm, 能開電離真空計(jì),2, GI-200 型高真空蝶閥，鍍膜室應(yīng)有 5 帕以上的預(yù)備真空 度，擴(kuò)散泵

12、加熱（此時(shí)，冷卻水應(yīng)開通,低閥應(yīng)推進(jìn)抽擴(kuò)散泵系統(tǒng)）半小時(shí)以上，才可 開高真空蝶閥,3, DY-200A型擋油器,4, K20 型油擴(kuò)散泵,5, 2XZ-8 型機(jī)械泵,6, DC-30 型低真空磁力閥，機(jī)械泵電源關(guān)閉時(shí)，該閥自動(dòng)向機(jī)械泵放大氣,7,儲(chǔ)氣 罐,8, DS-30 形低真空三通閥，低真空閥拉出是抽鍍膜室，低真空閥推進(jìn)抽擴(kuò)散泵 系統(tǒng)9, CQF-8 型磁力充氣閥，升起鍍膜室鐘罩時(shí)，應(yīng)先用充氣閥向鍍膜室充入大 氣（此時(shí)，低真空閥應(yīng)拉出， 高真空蝶閥應(yīng)關(guān)閉，10,熱偶規(guī)管，11,鍍膜室，12, ZF-85 型針型閥，13,擋 板，14,側(cè)觀察窗，16,上觀察窗，17,夾具,18, 19,冷卻

13、水,20,離子轟擊環(huán)。 當(dāng)鍍膜室抽到高真空時(shí)，將擋板遮蓋好磚絲，以防預(yù)熔時(shí)蒸散的鋁噴到基片 上，然后慢慢通電加熱磚絲，使鋁熔化而沾附在螺旋鉤絲上，這個(gè)過程稱為預(yù)熔， 預(yù)熔的 U的是將原來吸收在鋁中的雜質(zhì)排除出去，這樣鋁在蒸發(fā)時(shí)就不會(huì)大量放氣 而破壞真空度，同時(shí)也有利于保證膜層的純度。 圖（六）DM-450A 型真空鍍 膜機(jī)原理圖 離子轟擊是基片清潔的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其工作 原理是基于低壓氣體的輝光放電，離子轟擊時(shí)，基片應(yīng)浸入陽極光柱中，由于 電子獲得的速度比離子大，基片很快就帶負(fù)電，正離子在負(fù)電荷的吸引下轟擊基 片，電 子，離子，激活原子和分子的共同轟擊，一方面可使基片穩(wěn)度加熱達(dá) 100? 以上

14、，并提供活化表面以利于薄膜凝結(jié)成核，另一方面可使表面污染的碳?xì)浠?物分解。離子轟擊結(jié)束后，應(yīng)盡快鍍膜，因隨著轟擊到鍍膜的時(shí)間隔增大，基片有 可能重新被水蒸汽和油蒸汽污染，轟擊效果迅速退化。 離子轟擊時(shí)，慢慢加大轟擊電壓，并觀察鍍膜室內(nèi)氣體輝光放電顏色和轟擊電 流以及真空度的變化，其間，當(dāng)氣壓升到 15 帕以上時(shí)，應(yīng)將低閥拉出抽鍍膜室至 5 帕以下，再將低閥推進(jìn)繼續(xù)抽擴(kuò)散泵系統(tǒng)，反復(fù)進(jìn)行，算好時(shí)間，轟擊完成剛好 擴(kuò)散泵電源加熱半小時(shí)以上。 基片清潔直接影響到鋁膜的附著力，污點(diǎn)和針孔的程度。常用的基片清潔方法 有酸洗、堿洗、有機(jī)溶劑、和超聲波清洗等，視不同的基片材料和不同的要求而 定。 本實(shí)驗(yàn)是

15、用電阻式加熱蒸發(fā)源-螺旋形鉤絲制 備鋁膜，螺旋形鉤絲相當(dāng)于一個(gè)電阻，通電后產(chǎn)生熱量，電阻率也隨之加大， 當(dāng)溫度為 1000?左右時(shí)，蒸發(fā)源的電阻率約為室溫時(shí)的 5 倍，蒸發(fā)源產(chǎn)生的焦耳熱 就足以使鋁原子獲得足夠大的動(dòng)能而蒸發(fā)。鋁絲或鋁片懸掛在螺旋形鉤絲上，如圖 （七,所示。 圖（七）螺旋形鉤絲熱蒸發(fā)源 鋁的熔化溫度約為 670?,采用絲狀蒸發(fā)源是因?yàn)殇X對(duì)鵠絲有濕潤性，蒸發(fā)是從 大的表面上進(jìn)行，而且比較穩(wěn)定，這種濕潤性和鉤絲表面的溫度有關(guān)。如果溫度過 高，鋁和鉤在高溫下會(huì)形成合金， 很容易造成鉤絲嚴(yán)重變形其至燒斷以及鋁的噴 濺， 如果溫度過低，慢速蒸發(fā)的鋁膜分子結(jié)構(gòu)有聚集成塊的結(jié)構(gòu)趨勢(shì)，加大了膜

16、層 的反射吸收，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致膜層的氧化污染，也容易造成鋁膜的附著力變差。鋁膜的 蒸發(fā)速率為 50, lOOnm/s 較好，基片溫度應(yīng)小于 50?,此外，隨著鋁原子入射角的 加大，短波區(qū)域,460nm,的反射率明顯降低，膜層會(huì)產(chǎn)生藍(lán)光散射。新沉積的鋁膜 暴露于常溫大氣中，表面立即形成一層非晶態(tài)透明三氧化二鋁膜，一個(gè)月后可達(dá)約 30 埃厚，慢速蒸發(fā)的鋁膜可達(dá)約 90 埃厚，使 鋁膜的反射率明顯下降，通常在鋁膜表面加鍍一層 ，厚度為,A =550nm, MgF 或 SiO 膜作保護(hù)。鋁膜 2232 片度是影響其性能的重要因素，不同厚度的鋁膜其反射率變化如圖(八)所示, 4 很 3 刪曲 沖婭3 些砂論

17、加仕佃。以(以刪從 14 Wavelength (nm) 圖(八)膜厚為 1、2、4、8、16、32、64、 128nm的鋁膜反射率的理論曲線 當(dāng)金屬厚度達(dá)到一定程度時(shí)，基底的影響可以忽略，在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)反 射率與厚度基本無關(guān)，其反射率計(jì)算公式為： 2221, (n, ik) (1, n), k R, 221, (n, ik) (1, n), k 其中 n為鋁的折射率,k為鋁的消光系數(shù),它們都和波長(zhǎng)有關(guān)。 將清潔好的玻璃片，放于夾具上的不同位路,鍍完鋁 100 不同卑廈AI臓妁反射時(shí)比 909O7O60S04030201O 膜后取出，用干涉顯微鏡測(cè)量鋁膜的片度，干涉顯微鏡的構(gòu)造和操作參閱

18、實(shí)驗(yàn) 室的使用說明書。鋁膜的反射率用 HeYe 激光器測(cè)量。分析并討膜厚分布的特點(diǎn)以 及反射率和膜厚的關(guān)系。 3、思考與討論： 1. 解釋實(shí)驗(yàn)全過程中鍍膜室內(nèi)壓強(qiáng)變化的 原因。 2. 影響鋁膜反射率的主要因素有哪些， 3. 如何提高鋁膜在玻璃表面的附著力， 4. 操作規(guī)程： 1,開冷卻水，開電源，開充氣閥，充氣完畢，升 起鍍膜室鐘罩，將鋁絲放于磚絲上，將清潔好的 基片賂于夾具上面，調(diào)整好觀察窗上的觀察位賂。2,降落鍍膜室鐘罩，開機(jī) 械泵，低閥拉出抽鍍膜 室,開熱偶真空計(jì)，至 5 帕。 3, 低閥推進(jìn)抽擴(kuò)散泵系統(tǒng)，開擴(kuò)散泵電源加熱半 小時(shí)以上。 4, 開離子轟擊電源，慢慢加大轟擊電壓，并觀察 鍍

19、膜室內(nèi)氣體輝光放電顏色和轟擊電流以及真空 度的變化，其間，當(dāng)氣壓升到 15 帕以上時(shí)，應(yīng)將 低閥拉出抽鍍膜室至 5 帕以下，再將低閥推進(jìn)繼 續(xù)抽擴(kuò)散泵系統(tǒng)，反復(fù)進(jìn)行，算好時(shí)間，轟擊十 分鐘，轟擊完成剛好擴(kuò)散泵電源加熱半小時(shí)以上。 開高閥，低閥必須推進(jìn)抽擴(kuò)散泵系統(tǒng)，鍍膜室 5, 應(yīng)有 5 帕的預(yù)備真空度，熱偶真空計(jì)滿表后才能 -3 開電離真空計(jì)，抽高真空至 lOPa,記錄真空度。6,關(guān)好擋板，慢慢加大 電流預(yù)熔鋁絲，并仔細(xì)觀 察鋁絲熔化狀況和真空度的變化。 7,預(yù)熔完畢，立即將電流略微加大一點(diǎn)，約 0A,打開擋板蒸發(fā)，并仔細(xì)觀察鋁的蒸發(fā)狀況， 蒸鍍完畢，關(guān)好擋板和蒸發(fā)電源，記錄真空度的 變化,蒸

20、發(fā)時(shí)間以及轟擊完畢至蒸鍍完畢的時(shí)間 隔。 &關(guān)高閥，關(guān)擴(kuò)散泵電源，機(jī)械泵繼續(xù)抽擴(kuò)散泵 系統(tǒng)，冷卻半小時(shí)以上（其間做好膜卑測(cè)量的準(zhǔn) 備工作），開充氣閥，充氣完畢，升起鍍膜室鐘罩， 將基片取出，降落鍍膜室鐘罩，開機(jī)械泵，低閥 拉出抽鍍膜室至 5 帕，然后將低閥推進(jìn)繼續(xù)抽擴(kuò) 散泵系統(tǒng) 15 分鐘以上。 9（測(cè)量膜斥和反射率。測(cè)量完畢，將鍍膜機(jī)的低閥 拉出，關(guān)機(jī)械泵電源，關(guān)鍍膜機(jī)總電源，關(guān)冷卻 水。 真空鍍膜實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究 曾長(zhǎng)發(fā)王嘉輝 ，中山大學(xué)理工學(xué)院廣州 510275, 摘要:根據(jù)“真空鍍膜”實(shí)驗(yàn)課和大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)以引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察鍍 膜機(jī)各組成部分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)鍍膜室中真空度的影響為主線

21、針對(duì)真空熱蒸發(fā)鍍膜 的三個(gè)物理過程是如何順利實(shí)現(xiàn)的并對(duì) DM450-A型鍍膜機(jī)的作了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)來 分析和探討真空鍍膜實(shí)驗(yàn)課教學(xué)規(guī)律力求達(dá)到優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)和提高教學(xué)效果的口 的。 關(guān)鍵詞:真空鍍膜，平面鏡成像直接監(jiān)控，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中圖分類號(hào):G523 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)：10086765 （2004） 02008602 1（概述 隨著真空技術(shù)的不斷發(fā)展真空鍍膜技術(shù)已已滲透到光學(xué)儀器、激光技術(shù)、光 電子技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)、照明工程、建筑材料、光纖通訊、薄膜超導(dǎo)、航空航 天、能源、機(jī)械、計(jì)算機(jī)及聲像產(chǎn)品的光磁薄膜記錄等諸多高新技術(shù)領(lǐng)域以其特 有的往往是不可替代的工藝技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用（ 為

22、適應(yīng)社會(huì)和科技發(fā)展變化的需要如何開展真空鍍膜實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì) 量使不同專業(yè)的學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)專業(yè)來了解掌握 真空鍍膜技術(shù)。是我們必然面對(duì)的一個(gè)新課題。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的綜合性很強(qiáng)涉及 的物理知識(shí)面較廣曲于大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中缺乏有關(guān)“真空鍍膜”的知識(shí) 而且動(dòng)手能力不夠強(qiáng)所以均反映這堂課難學(xué)。我們針對(duì)“真空鍍膜”實(shí)驗(yàn)課和大 學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)從著重培養(yǎng)學(xué)生綜合利用所學(xué)物理知識(shí)原理去掌握具有較高實(shí)驗(yàn) 丄藝技能要求與現(xiàn)代科技發(fā)展結(jié)合緊密的物理實(shí)驗(yàn)的角度出發(fā)針對(duì)真空熱蒸發(fā)鍍 膜的三個(gè)物理過程即： ，一，（采用蒸發(fā)或升華把固態(tài)材料轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)， ，二，（原子（分子）從蒸發(fā)源遷移到基片上， ，三，（基片表面上膜粒

23、子重新排列而凝聚。 是如何順利實(shí)現(xiàn)的并對(duì) DM450-A型鍍膜機(jī)的作了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)來分析和探討 真空鍍膜實(shí)驗(yàn)課教學(xué)規(guī)律力求達(dá)到優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)和提高教學(xué)效果的 U 的。 2（真空鍍膜實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分析 真空鍍膜實(shí)驗(yàn)主要包括包括熟練掌握真空鍍膜設(shè)備的丄作過程和操作規(guī)程、成 膜材料性能分析、薄膜制備技術(shù)與工藝以及薄膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，膜網(wǎng)控制和薄膜特性 測(cè)量等方面的內(nèi)容在“真空鍍膜”實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中首先要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí) 重點(diǎn)了解鍍膜機(jī)結(jié)構(gòu)和操作規(guī)程寫好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。真空鍍膜機(jī)主要山 4 個(gè)部分 組成：，A,（鍍膜室:主要包括四對(duì)螺旋狀鉤絲或舟狀蒸發(fā)加熱器，旋轉(zhuǎn)基 片支架，烘烤加熱器，熱電偶測(cè)溫探頭，離子轟擊環(huán)，

24、針閥， 觀察窗等。 ,B，（真空獲得系統(tǒng)。它主要山機(jī)械泵、擴(kuò)散泵、高低真空閥、充氣 閥、擋油器及電磁閥等組成電磁閥可防機(jī)械泵返油。，C，（真空測(cè)量系統(tǒng)。 它山熱偶計(jì)和電離計(jì)組合的復(fù)合真空計(jì)而成 2-1 熱偶計(jì)是用于測(cè)量低真空度范圍 10 , 10 Pa電離計(jì)是用 -1-6 于測(cè)量高真空度范圍 10 , 10 Pao ,D,（電路控制系統(tǒng)。它主要山機(jī)械泵、擴(kuò)散泵、電磁閥控制電路和 鍍膜蒸發(fā)加熱器控制電路、鐘罩升降控制電路、基片支架旋轉(zhuǎn) 調(diào)速控制電路、烘烤加熱溫度控制電路、離子轟擊電路等組成。 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中以引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察鍍膜機(jī)各組成部分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)鍍膜 室中真空度的影響，例如一是一直呈下降

25、趨勢(shì)的壓強(qiáng)曲線為何在途中出現(xiàn)回升現(xiàn) 象等,為主線并運(yùn)用所學(xué)的物理，電匸電路等方面的知識(shí)解釋使學(xué)生較好掌握真 空鍍膜設(shè)備的工作過程和操作規(guī)程以及真空技術(shù)知識(shí)。為不同專業(yè)背景的的學(xué)生進(jìn) 一不開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)同時(shí)還應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)擴(kuò)散泵冷卻水的通斷 直接影響整套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的安全低真空下不能開啟電離真空等基本安全措施。 3（真空鍍膜實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn) DM450-A型鍍膜機(jī)雖然配有四個(gè)蒸發(fā)電極但進(jìn)行鍍鋁膜實(shí)驗(yàn)時(shí)山于蒸發(fā)時(shí) 間很短僅笫一個(gè)蒸發(fā)電極還沒用畢在觀察窗上就迅速沉積了一層鋁膜學(xué)生難 以清楚觀察到蒸發(fā)過程如果多個(gè)學(xué)生進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)下一個(gè)學(xué)生操作時(shí)預(yù)熔過程 也看不清根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的具體情況我們?cè)O(shè)訃了

26、簡(jiǎn)便、穩(wěn)定的平面鏡成像 法一通過調(diào)整 兩塊平面反射鏡的相對(duì)位路與立體角將鉤絲成像于觀察窗的后方同時(shí)遮擋 可能射向觀察窗玻璃的鋁原子這樣，隨著蒸鍍過程的進(jìn)行，觀察窗上始終不會(huì)鍍 上鋁膜，一直可清晰觀察到四個(gè)磚絲的像。 此外DM450-A型鍍膜機(jī)沒有膜厚控制系統(tǒng)。加鍍保護(hù)膜時(shí)無法掌握其最佳厚 度。也無法掌握鋁膜最大反射率的最佳停鍍點(diǎn)我們采用紅色氨氛激光器或綠色氨 氛激光器硅光電池和多量程微安表組成一個(gè)簡(jiǎn)單的膜厚控制系統(tǒng)通過直接監(jiān)測(cè) 反射光強(qiáng)的變化來監(jiān)控最佳停鍍點(diǎn)。 通過對(duì) DM450-A 型鍍膜機(jī)的改進(jìn)不僅增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,提高了實(shí)驗(yàn)檔次改 善了實(shí)驗(yàn)效果而且可同時(shí)容納多名學(xué)生進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)大大提高了設(shè)備

27、的使用效 率。改進(jìn)后的鍍膜機(jī)原理圖如圖一所示。 比較片 氧 氣觀察窗瓶 觀察者 磚絲虛像 磚絲 檢流計(jì) 硅光電池 330 或 632. 8nm He-Ne激光器 圖中為反射鏡 圖一、改進(jìn)后的鍍膜機(jī)原理圖 4（理論計(jì)算 22 光線垂直入射時(shí)鋁膜的反射率為 R二1-(n-ik)/l+(n+ik), 1 若在鋁膜上加鍍二層光學(xué)厚度為 X/4 的介質(zhì)膜(玻璃+Al+n+n)則 021 其反射 率為： nn22222211)(nik)/1+()(nik) ( nn) R=l-(221 nn22 對(duì)于鋁膜取 n-ik 二 0. 82-5. 99i;則 R?91. 5%,若再加上更加牢 1 nl 固的 Mg

28、F/CeO 保護(hù)膜則 R?94. 2%(?2. 7)。為使反射率 R 盡可 2222n2 能達(dá)到最大值n層的光學(xué)厚度并非 X/4,因金屬一介質(zhì)膜界面存在 20 反射相位的變化計(jì)算表明：n層的實(shí)際厚度應(yīng)為：2 ,2nk002 nd=(j+1)+Arctan(-) 2222244, n, n, k2 其中 j為零或整數(shù)，n 為 MgF 的折射率n為 CeO 的折射率2212K二 n-ik為鋁 的光學(xué)常數(shù)取 n 二 1. 38, n 二 2. 2, K二 nik=0. 82-5. 99i, 21 ,0 則 nd 二 0. 87,反射率 R 在波長(zhǎng) 545nm處的最大值為 98. 2%(考慮了 222

29、40530nm 的激光約 15 的斜入射角產(chǎn)生的偏差)。 5(實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果分析 ,A,(鋁膜蒸發(fā)實(shí)驗(yàn) -3 將真空抽到達(dá) 1 X 10Pa 后,緩慢加大預(yù)熔電流預(yù)熔電流的大小要通過仔細(xì) 觀察鋁絲的熔化狀況加以調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)表明：四個(gè)蒸發(fā)舟的平面鏡成像非常清楚即 使最后一個(gè)舟的熔化狀況也清晰可見。 鋁膜的蒸發(fā)過程也可清晰觀察如果液態(tài)鋁滴殘留于鉤絲上容易造成鉤絲折 斷如果蒸發(fā)時(shí)間過長(zhǎng)可觀察到反射率明顯變小慢速蒸發(fā)的鋁膜分子結(jié)構(gòu)有聚 集成塊的結(jié)構(gòu)趨勢(shì),加大膜層的反射吸收，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致膜層的氧化污染。約 35 秒的 蒸發(fā)時(shí)間鋁膜的反射率為 88%左右,，約 8 秒的蒸發(fā)時(shí)間，鋁膜反射率為 91%左右， 如果蒸發(fā)電 流過大容易造成鉤絲嚴(yán)重變形和鋁的噴濺如果蒸發(fā)電流過小則容易造成 鋁膜的附著力變差。 ,B,(鋁膜上蒸鍍 SiO 保護(hù)膜實(shí)驗(yàn) SiO(n 二 1. 52-1. 55)是保護(hù)鋁膜特別有效的膜層在 300nm-8 n m23 波