实验磁控溅射法薄膜材料的制备

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1、材料制备技术实验物理与电子工程学院材料制备技术实验讲义61材料制备技术实验目录实验1磁控溅射法薄膜材料的制备2实验2真空电弧熔炼法制备合金材料6实验3定向凝固法制备取向合金材料11实验4非晶薄带材料的制备16实验5　钢的热处理21实验6高温氧化物超导材料的制备31实验7粉体材料的成形烧结36实验8微波介质陶瓷的制备44实验9溶胶-凝胶法制备氧化铁纳米阵列52实验10模版法制备不同形貌的纳米材料5561材料制备技术实验实验1磁控溅射法薄膜材料的制备磁控溅射镀膜是指稀薄气体放电产生等离子体，电子在磁场的束缚下，经电场加速不断撞击气体分子而导致气体电离，气体离子电场的作

2、用下，对阴极靶材表面进行轰击，把靶材表面的分子、原子、离子溅射出来，被溅射出来的粒子带有一定的动能，沿一定的方向射向基体表面，在基体表面形成单层或多层薄膜。磁控溅射镀膜技术具有靶材广泛，可实现多靶材共溅射，溅射镀膜速度快，膜面均匀，膜层致密，附着性好等特点，很适合于大批量，高效率工业生产。应用背景磁控溅射技术在过去的几十年里发展快速，如今已经成为在工业上进行沉积覆层的重要技术。特别是在微电子、光学薄膜、材料表面处理、钟表、宇航等领域有着十分广泛的应用前途。主要应用于切削工具、模具和耐磨耐腐蚀零件等的硬质涂层；飞机发动机的叶片、汽车钢板、散热片等的防护涂层；增透膜、

3、高反膜、截止滤光片、防伪膜等的光学薄膜；阳光控制膜、低辐射玻璃、防雾防露和自清洁玻璃等的建筑玻璃；太阳能集热管、太阳能电池；薄膜电阻器、薄膜电容器、薄膜温度传感器等的集成电路制造。另外在信息显示和储存领域主要用于液晶屏、等离子屏，磁信息存储、磁光信息存储等，在装饰饰品上的用于手机壳、表壳、眼镜架、五金、小饰品等的镀膜。实验目的1．了解真空技术的基础知识，真空的获得与测量的基本原理。2.掌握在玻璃基片上溅镀单层高反射金属膜的原理和操作方法。实验原理61材料制备技术实验如图1所示，电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞

4、向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。图1磁控溅射工作原理实验仪器JGP56

5、0B1型超高真空磁控溅射设备，电子天平。实验内容1．熟悉镀膜机的结构和仪器的操作规程，严格按照操作规程操作。清洗好基片，用已经预热好的电子天平称量镀膜基片的质量，并用清洁的圆形掩膜板覆盖基片，将覆盖掩膜板的基片装入样品托。2.放靶材及基片(1)打开放气阀V6，慢开旁抽阀V5，通入干燥空气，给分子泵和靶通水。(2)开总电源，按升降按钮的“升”钮，升起法兰盖，打开真空室。(3)将靶材放入B靶位，清洗真空室，插入装有基片的样品托，按法兰升降的“降”钮，慢慢下降关闭真空室。(4)气阀关闭V6和V5。3.真空获得(1)开机械泵，开热偶真空计，慢开旁抽阀V5，对溅射室直接抽气

6、至20Pa以下。(2)关V5，开电磁阀DF，依次开分子泵，慢开闸板阀G，当热偶真空计满度0.1Pa（数码显示为1.E-1）时，方可开DL-7程控真空计(高真空计)，抽真空达10-4Pa。61材料制备技术实验4.真空镀膜(1)关闭高真空计，打开氩气气源，开流量计，慢开气路阀V1、V2和V3，关小闸板阀G，调节匝板阀和流量计，使低真空计稳定显示3Pa左右。(2)启动励磁电源（B靶）：确认电压、电流调节旋钮处于零位，然后按电源“开”钮，缓慢调节电源、电流旋钮，使励磁电源逐渐增大到起辉所需值，但不得超过3A，待起辉后将电流适当调小，以免烧坏线圈。(3)开启磁控溅射电源及B

7、靶直流电源，调节至所需功率，调节氩气流量和溅射电压，获得稳定的溅射辉光，电磁靶起辉溅射。(4)用计算机控制镀膜时间和更换基片。(5)列表记录镀膜过程的物理条件和参数（即真空度、质量流量、工作电压、电流或工作功率和镀膜时间等）。5．停止镀膜和关机(1)溅射工作完毕后，先将B靶溅射电源和励磁电源的电压旋钮和电流调节旋钮都调节到0，然后关溅射总电源及励磁电源。(2)关气源，依次开闸板阀G，关流量计（先调至0位再关），关V3（V1、V2都得关），约抽10—20分钟。(3)关（两）真空计，关闸板阀G，关分子泵，过5—10分钟关电磁阀DF，关机械泵。(4)按步骤2取出样品，并

8、按步骤3抽