真空鍍膜實驗報告

真空鍍膜實驗報告摘要：本實驗在獲得真空環(huán)境的基礎上，在真空室內(nèi)進行鍍膜。在實驗中需要復習獲得真空的步驟和注意事項，學會使用蒸發(fā)鍍膜設備，和在玻璃上鍍錫的操作方法。關鍵詞：真空鍍膜蒸發(fā)鍍膜引言：真空鍍膜又叫物理氣相沉積，它是利用某種物理過程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受到粒子束轟擊時物質(zhì)表面原子的濺射等現(xiàn)象，實現(xiàn)物質(zhì)從源物質(zhì)到薄膜的可控的原子轉移過程。物理氣相沉積技術中最為基礎的兩種方法就是蒸發(fā)法和濺射法。在薄膜沉積技術發(fā)展的最初階段，由于蒸發(fā)法相對于濺射法具有一些明顯的優(yōu)勢，包括較高的沉積速度，相對較高的真空度以及由此導致的較高的薄膜質(zhì)量等，因此蒸發(fā)法受到了相對教大程度的重視。但另一方面，濺射法也有自己的優(yōu)勢，包括在沉積多元合金薄膜時化學成分容易控制，沉積層對襯底的附著力較好等。真空鍍膜的操作是將固體材料置于真空室內(nèi)，在真空條件下，將固體材料加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)出來的原子或分子能自由地彌布到容器的器壁上。當把一些加工好的基板材料放在其中時，蒸發(fā)出來的原子或分子就會吸附在基板上逐漸形成一層薄膜。正文：一、實驗原理1、真空泵簡介（1）機械泵機械泵通過不斷改變泵內(nèi)吸氣空腔的容積，使被抽容器內(nèi)氣體的體積不斷膨脹壓縮從而獲得真空，常用的是旋片式機械泵。它主要由定子、轉子、旋片、彈簧等組成。機械泵的極限真空度為，它主要由機械泵油的飽和蒸汽壓和泵的機械加工精度決定的。當達到極限真空度時，抽氣和漏氣的速度相等，真空度不再變化。如果將兩個機械泵組合起來，可以將真空度提高一個數(shù)量級。旋片式機械泵使用注意：檢查油槽中油液面的高度是否符合規(guī)定，機械泵轉子的轉動方向與規(guī)定方向是否一致；機械泵停止工作時，要立即使進氣口與大氣相通，防止回油現(xiàn)象。這步由機械泵上的電磁閥自動進行。機械泵不宜工作過長，否則會影響使用壽命。（2）擴散泵擴散泵利用氣體擴散現(xiàn)象來抽氣的。利用高速定向噴射的油分子在噴嘴出口處的蒸汽流中形成一低壓，將擴散進入蒸汽流的氣體分子帶至泵口被前級泵抽走。擴散泵使用注意：啟動壓強低于1Pa，保證絕大部分的氣體分子以定向擴散形式進入高速蒸汽流，高壓會導致一些副反應的發(fā)生，影響真空的形成。擴散泵一般能達到－5到－7的壓強數(shù)量級。2、真空的測量測量真空的裝置稱為真空計，常用的油熱耦真空計和電離真空計。熱耦真空計可以測量0.1～10Pa的壓強，利用低壓下氣體的熱傳導與壓強成正比的原理；電離真空計利用電子與氣體分子碰撞產(chǎn)生電離電流隨壓強變化的原理制成，可測量范圍是10的－1～－6數(shù)量級。注意，電離真空計必須在0.1Pa一下使用，否則會損壞裝置。3、蒸發(fā)鍍膜蒸發(fā)鍍膜是在真空中通過電流加熱，電子束轟擊加熱和激光加熱等方法，使薄膜材料蒸發(fā)成原子或分子，它們隨即以較大的自由程作直線運動，碰撞基片表面而凝結，形成薄膜。要求鍍膜室里殘余分子的自由程大于蒸發(fā)源到基片的距離，保證鍍膜的純凈和牢固。材料飽和蒸汽壓隨溫度的上升而迅速增大，所以實驗時必須控制好蒸發(fā)源溫度。蒸發(fā)鍍膜常用的加熱方法時電阻大電流加熱，采用鎢，鉬，鉑等高熔點的金屬。真空鍍膜時，飛抵基片的氣化原子或分子，一部分被反射，一部分被蒸發(fā)離開，剩下的要么結合在一起，再捕獲其他原子或分子，使得自己增大；或者單個原子或分子在基片上自由擴散，逐漸生長，覆蓋整個基片，形成鍍膜。注意的是基片的清潔度和完整性將影響到鍍膜的形成速率和質(zhì)量。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)源選取原則1有良好的熱穩(wěn)定性，化學性質(zhì)不活潑，達到蒸發(fā)溫度時加熱器本身的蒸汽壓要足夠底。2蒸發(fā)源的熔點要高于被蒸發(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底，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，可采用舟狀蒸發(fā)源。二、實驗步驟1.繞制鎢籃，用酒精清洗鎢籃和載玻片，鎢絲，祛除表面氧化物。2制作基片，用一窄薄鋁片遮蓋在載玻片上，以便鍍膜完成后在基片上形成臺階。3.將鎢籃和鉬舟固定在鐘罩內(nèi)的電極上，并放入鎢絲。4抽至真空度達10-6torr以上，開始蒸發(fā)鍍膜。鍍膜完成后，處理真空機組的后續(xù)工作。參考上學期對真空獲得的內(nèi)容，本實驗步驟的注意事項有如下幾點：1.熱偶真空計和電離真空計測定真空度時存在不同的使用壓強底線，電離真空計使用時最低壓強低于熱偶真空計，并且測量的精度更好，所以，為了使得電離真空計能夠在合適的壓強下正常工作，所以我們通過熱偶真空計來測定開始的壓強變化，等到壓強達到了電離真空計的啟動值時，自行啟動電離真空計，進行進一步的測量，所以需要將復合真空計的檔調(diào)到自動啟動檔。2．自來水龍頭：在實驗過程中會使用油擴散泵進行抽氣，其過程中需要用水進行冷卻油蒸汽，為了防止返流的油蒸汽分子跑到鐘罩內(nèi)造成污染，同時也為了防止由于忘記開水而造成的麻煩，所以我們提早打開。3.首先要用無水乙醇清洗裝置襯底玻璃基板和鍍膜工作室，使得裝置中沒有任何微粒，塵埃，油污以及其他雜質(zhì)，減少由以上物質(zhì)所帶來的影響，保證鍍膜的質(zhì)量。最后還要對基板進行清理，用無水乙醇對基板進行擦拭，直到鍍膜的一面光亮與清潔，因為基片表面的清潔度直接影響到薄膜的牢固性與均勻性，基片表面有任何的雜質(zhì)都會大大降低薄膜的附著力。除此之外，還要保證基片的平整與光滑，這樣才能保證薄膜有較好的反射光的性能。在進行完對基片的所有清理工作之后，用雙面膠帶將擦拭過的基片面向下的方式粘貼到活動擋板上，使得基片平整面正對著等會兒放置蒸發(fā)材料的地方。4.透過鐘罩上的玻璃片進行觀察鋁絲的變化，鋁絲慢慢的融化，蒸發(fā)，當鎢絲上不再有鋁絲的時候，就要立即停止通電流，不然，時間一長，同樣會導致鋁膜的氧化，生成雜質(zhì)，緩慢的減小電流，最后關閉電流電源。三、實驗成果按照實驗步驟操作實驗儀器，最終成功得到鍍膜的玻璃片，圖片如下：結果分析可以看到玻璃片表面的膜并沒有分布均勻，且有些地方并沒有膜的分布，主要原因是載玻片的表面沾上了手上的油脂，影響鍍膜。其他可能的原因還可能包括前期的清洗沒有到位或鍍膜時間過長，導致表面雜質(zhì)較多，導致玻璃片的表面的鍍膜層并沒有那么均勻。查閱資料，其中建議用氫氧化鈉溶液