真空镀膜机操作指导

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1、真空镀膜实验指导真空镀膜常用的方法有蒸发镀膜、射频溅射镀膜和离子镀膜等。本实验通过介绍蒸发镀膜原理，掌握蒸发镀膜的操作方法。真空镀膜技术在电真空、无线电、光学、固体物理、原子能和空间技术中有广泛的应用。1真空镀膜原理：1.1蒸发镀膜机理　　蒸发镀膜是真空镀膜的一种，它是在高真空条件下将物质加热到沸腾状态，沸腾出来的原子或分子溅落在固体材料表面，形成一层或多层膜的方法。凡是在沸腾温度下不分解或不变性的物质都可以用此法蒸镀成膜。　　蒸发原子的成膜过程比较复杂，这里只能粗略描述如下：溅落原子首先被固体表面吸附，当表面温度低于某一临界温度时，原子开始

2、“核化”——部分原子凝聚成团，出现若干“岛”，然后这些“岛”逐渐吸收周围的原子而长大，众多的“岛”相互连接成一片而成一块连续的膜。蒸发镀膜的条件主要有两个，分别介绍如下：1.2高真空　　我们希望蒸发出来的原子或分子不要受空气分子的阻挡而直接溅落到固体的表面，这样，蒸发镀膜的速度高，成膜质量也好。相反，如果真空度低，有大量的空气分子存在，一方面，蒸发出来的原子或分子与空气分子碰撞，阻碍了膜材分子的扩散，降低了蒸镀的速度，影响了膜的均匀性，另一方面，空气的导热使得膜材的温度不能很快地升高，必然要加大加热功率；更有甚者，空气的存在可能使膜材的某些成

3、分氧化，引起成分变性；在连接着抽气机的情况下，若不能很快完成镀膜，膜料将被抽走。因此，蒸发镀膜需要在高真空条件下进行。当然，真空度也不需要绝对地高。事实上，只要分子的平均自由程大于膜材到基底的距离即可。如果膜材到基底的距离为10--20cm，根据自由程公式（d是分子的直径，n是分子数密度）不难估计真空度在Pa以上就可以满足要求。1.3材料洁净　　材料的洁净包括膜料的洁净和基底材料的洁净。这一要求似乎是不言而喻的。如果材料中混有颗粒状或纤维状的杂质，将直接影响膜的均匀性和牢固度；如果混有可融的化学成分，将影响膜的物理性质，如亮度、表面张力、电导

4、率等等。所以，膜材和基底的清洗工作必须认真对待。2真空技术获得真空需要使用真空泵。测量真空度需要使用真空计。真空泵和真空计的种类都很多，本实验的主要目的：（1）了解真空泵、真空计的工作原理；（2）掌握低真空、高真空的获得、测量与检漏的基本方法。1.1真空的获得　　目前，在实验室中广泛使用着机械泵、油扩散泵、吸附泵和离子泵来获得真空，下面依次介绍它们的原理。1.1.1机械泵　　机械泵是利用机械旋转造成吸气和排气过程，以获得真空。常用的是旋片式机械泵，它的主要结构见图4-1-1，由定子、转子、旋片、弹簧等组成。转子在电机的带动下转动，转子的外表面

5、与定子的内表面在图中的A点相切，转子槽内装有带弹簧的旋片，旋转时靠离心力和弹簧的张力使旋片的顶端与定子内壁始终紧密接触。当转子按图中方向旋转时，同时完成吸气和排气过程。排气阀采用油封，油在工作室的内表面形成油膜，有利于润滑和A点的密封，但同时也会形成油的蒸汽压，限制了机械泵的极限真空度，并有可能污染真空系统。为了防止油污染，应特别防止气体倒流，例如，当系统工作一段时间后需要停机，应先关断进气管上的阀门，保持抽气状态，然后给进气管放气，最后才能给机械泵断电。　　机械泵的极限真空度约为10-1Pa，它主要由机械泵油的饱和蒸汽压和泵的机械加工精度决

6、定的。当达到极限真空度时，抽气和漏气的速度相等，真空度不再变化。如果将两个机械泵结合起来，可以将真空度再提高一个数量级。1.1.2油扩散泵　　油扩散泵比机械泵能获得更高的真空度，它的工作压力范围是10-1~10-6Pa，起始压力正好是机械泵的极限压力，因此，油扩散泵通常要利用机械泵作为前级泵，将真空度抽到10-1Pa后才能开扩散泵。　　油扩散泵是利用气体的扩散性质制作的，结构原理见图4-1-2，其结构主要由泵体、喷嘴、导流管、冷却水套和加热器等部分组成。在10-1Pa的真空下，将扩散泵油（一种低蒸汽压的高分子物质）加热到沸腾温度，产生大量油气

7、，经导流管高速喷出，把由进气口扩散来的气体夹带着喷向下方；油气被泵体冷凝，重新变成油，返回蒸发器，并释放出夹带的气体，气体被机械泵抽走，而油又被重新加热循环，如此反复，达到连续抽气的目的。为了防止气体扩散返回，往往需要多级喷嘴，例如2~3级。　　扩散泵在加热前要先通冷却水，关机前要断开加热炉的电源，冷却20分钟以后再关冷却水，然后关上通往机械泵的阀门，最后停止机械泵的工作。如果让热的油和油气遇到大量的空气，油就会被氧化而变性，不能达到10-6Pa的真空度。1.1真空的测量　　测量真空度的设备或仪器叫真空计。通过使用真空计，我们才能知道需要的真

8、空度是否达到了。但是，真空度的范围是很宽的，达十几个数量级，不可能由一个或一种真空计完成这样大范围的真空度测量，所以，各种真空计都有一个测量范围，将有范围覆盖的各种