真空鍍膜實(shí)驗(yàn)課件

真空鍍膜

一、引言二、真空技術(shù)入門三、薄膜材料的制備四、真空蒸發(fā)鍍膜實(shí)驗(yàn)五、薄膜厚度的計(jì)算六、薄膜厚度的測量

真空鍍膜技術(shù)是一種新穎的材料合成與加工的新技術(shù)，是表面工程技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。真空鍍膜技術(shù)是利用物理、化學(xué)手段將固體表面涂覆一層特殊性能的薄膜，從而使固體表面具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣和裝飾等許多優(yōu)于固體材料本身的優(yōu)越性能，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長產(chǎn)品壽命、節(jié)約能源和獲得顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的作用。因此真空鍍膜技術(shù)被譽(yù)為最具發(fā)展前途的重要技術(shù)之一，并已在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展中展現(xiàn)出誘人的市場前景。。一、引言真空度的單位

1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=760(Torr)1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.013x105Pa1Torr=133.3Pa真空區(qū)域的劃分目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般最常見的劃分為：粗真空低真空高真空超高真空極高真空真空的獲得低真空（10－1Pa）——機(jī)械泵較高真空（10－3～10－4Pa）——擴(kuò)散泵更高真空——渦輪分子泵

真空技術(shù)是基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一，真空技術(shù)在近代尖端科學(xué)技術(shù)，如表面科學(xué)、薄膜技術(shù)、空間科學(xué)、高能粒子加速器、微電子學(xué)、材料科學(xué)等工作中都占有關(guān)鍵的地位，在工業(yè)生產(chǎn)中也有日益廣泛的應(yīng)用。三、薄膜材料的制備

薄膜制備方法有很多種,如液相制備方法、電化學(xué)制備方法等，直接制備薄膜以氣相沉積為主.包括：◆化學(xué)氣相沉積（CVD)借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在襯底表面上沉積固態(tài)薄膜?！粑锢須庀喑练e（PVD)用物理方法(如電弧、高頻或等離子等高溫?zé)嵩矗⒃次镔|(zhì)轉(zhuǎn)移到氣相中，在襯底表面上沉積固態(tài)薄膜。包括真空蒸發(fā)、真空濺射等。真空蒸發(fā)鍍膜：在真空中把制作薄膜的材料加熱蒸發(fā)，使其淀積在適當(dāng)?shù)谋砻嫔?。它的?yōu)點(diǎn)是沉積速度較高，蒸發(fā)源結(jié)構(gòu)簡單，易制作，造價(jià)低廉，但不能蒸發(fā)難熔金屬和介質(zhì)材料。最大的缺點(diǎn)就是材料的利用率極低（試料在籃狀蒸發(fā)源中以立體角、在舟狀蒸發(fā)源中以立體角四散開來）真空濺射鍍膜：當(dāng)高能粒子(電場加速的正離子)打在固體表面時(shí)，與表面的原子、分子交換能量，從而使這些原子、分子飛濺出來，落在襯底上形成薄膜。濺射鍍膜材料的利用率大大高于蒸發(fā)鍍膜。

四、真空蒸發(fā)鍍膜實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作用DM－300型鍍膜機(jī)鍍膜干涉顯微鏡測量膜厚稱重法測膜厚實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作：真空鍍膜相關(guān)知識介紹（真空的獲得和測量、薄膜材料介紹、真空鍍膜實(shí)驗(yàn)等）制備鍍膜用的鋁塊、鎢籃、鉬舟用酒精或丙酮清洗基片（載波片），在基片上做個(gè)臺階。我們是利用掩膜辦法來實(shí)現(xiàn)，即將基片的一部分表面擋住，使這部分基片蒸發(fā)不上薄膜。用NaOH溶液清洗掉鋁塊、鎢籃、鉬舟表面的氧化物等雜質(zhì)蒸發(fā)室的清洗與安裝稱量載波片的質(zhì)量

真空系統(tǒng)(DM—300鍍膜機(jī))

蒸發(fā)源蒸發(fā)源的形狀如下圖，大致有螺旋式(a)、籃式(b)、發(fā)叉式(c)和淺舟式(d)等。

蒸發(fā)源材料和鍍膜材料的選擇搭配原則

（1）蒸發(fā)源有良好的熱穩(wěn)定性，化學(xué)性質(zhì)不活潑，達(dá)到蒸發(fā)溫度時(shí)加熱器本身的蒸汽壓要足夠低。（2）蒸發(fā)源的熔點(diǎn)要高于被蒸發(fā)物的蒸發(fā)溫度。加熱器要有足夠大的熱容量。（3）蒸發(fā)物質(zhì)和蒸發(fā)源材料的互熔性必須很差，不易形成合金。（4）要求線圈狀蒸發(fā)源所用材料能與蒸發(fā)材料有良好的浸潤，有較大的表面張力。（5）對于不易制成絲狀、或蒸發(fā)材料與絲狀蒸發(fā)源的表面張力較小時(shí)，可采用舟狀蒸發(fā)源。五、薄膜厚度的計(jì)算：在真空中氣體分子的平均自由程為：L=0.65/p(cm)，其中p的單位是Pa。當(dāng)p=1.3×10-3Pa時(shí)，L≈500cm。L>>基片到蒸發(fā)源的距離，分子作直線運(yùn)動。右圖為蒸發(fā)源與任意接收面之間的幾何關(guān)系。對于平行平面ds，，則上式為由可得在點(diǎn)源的正上方區(qū)域(δ=0)時(shí)，六、薄膜厚度的測量1.干涉顯微鏡法干涉條紋間距Δ0，條紋移動Δ，臺階高為，測出Δ0和Δ，即可測得膜厚t

其中λ為單色光波長，如用白光，λ取待測薄膜基片2.稱重法

如果薄膜面積A，密度ρ和質(zhì)量m可以被精確測定的話，膜厚t就可以計(jì)算出來：

3.石英晶體振蕩器法

將石英晶體放入鍍膜室，就有蒸發(fā)的材料淀積到晶體上。而晶體的固有頻率與其質(zhì)量有關(guān)，事先校準(zhǔn)好頻率變化和沉積質(zhì)量的關(guān)系，并認(rèn)為薄膜密度和塊狀試料密度相同，