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1、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)鍍膜實驗 五、薄膜厚度的計算 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)濟效益的作用。因此真空鍍膜技術(shù)被譽為最具發(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,二、 真空技術(shù)入門,真空：低于一個
2、大氣壓的氣體狀態(tài)。 1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利(E.Torricelli) 首創(chuàng)著名的大氣壓實驗，獲得真空。 自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存在于宇 宙空間。 人為真空：用真空泵抽掉容器中的氣體。,真空度的單位,1標準大氣壓=760mmHg=760(Torr) 1標準大氣壓=1.013x105 Pa 1Torr=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（101Pa）機械泵 較高真空（103104Pa）擴散泵 更高真空渦輪分子泵,真空度的測量,實用的真空計主要有： 形真空計10 1 P
3、a 熱傳導(dǎo)真空計 100101 Pa 高真空電離真空計 101105 Pa BA超高真空電離計 101 10 Pa (貝耶得和阿爾伯特研制) 分壓強真空計101 10 Pa,真空技術(shù)是基本實驗技術(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。 物理氣相沉積（ PVD) 用物理方法(如電弧、高
4、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?shù)谋砻嫔稀Ｋ膬?yōu)點是沉積速度較高，蒸發(fā)源結(jié)構(gòu)簡單，易制作，造價低廉，但不能蒸發(fā)難熔金屬和介質(zhì)材料。最大的缺點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：當高能粒子(電場加速的正離子)打在固體表面時，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。,薄膜技術(shù)的應(yīng)用,薄膜技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用：例如
5、：光學(xué)系統(tǒng)中使用的各種反射膜、增透膜、濾光片、分束鏡、偏振鏡等；電子器件中用的薄膜電阻，特別是平面型晶體管和超大規(guī)模集成電路也有賴于薄膜技術(shù)來制造；硬質(zhì)保護膜可使各種經(jīng)常受磨損的器件表面硬化，大大增強表面的耐磨程度；在塑料、陶瓷、石膏和玻璃等非金屬材料表面鍍以金屬膜具有良好的美化裝飾效果，有些合金膜還起著保護層的作用；磁性薄膜具有記憶功能，在電子計算機中作存儲記錄介質(zhì)而占有重要地位。,四、真空蒸發(fā)鍍膜實驗,實驗的準備工作 用DM300型鍍膜機鍍膜 干涉顯微鏡測量膜厚 稱重法測膜厚,實驗的準備工作：,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、真空鍍膜實驗等） 制備鍍膜用的鋁塊、鎢籃、
6、鉬舟 用酒精或丙酮清洗基片（載波片），在基片上做個臺階。我們是利用掩膜辦法來實現(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)(DM300鍍膜機),,蒸發(fā)系統(tǒng),,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，達到蒸發(fā)溫度時加熱器本身的蒸汽壓要足夠低。 （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
7、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，可采用舟狀蒸發(fā)源。,五、薄膜厚度的計算：,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p = 1.310-3Pa時，L500 cm。L基片到蒸發(fā)源的距離，分子作直線運動。右圖為蒸發(fā)源與任意接收面之間的幾何關(guān)系。,,設(shè)蒸發(fā)源為點蒸發(fā)源，單位時間內(nèi)通過任何方向一立體角d的質(zhì)量為： 蒸發(fā)物質(zhì)到達任一方向面積元ds質(zhì)量為: 設(shè)蒸發(fā)物的密度為，單位時間淀積在ds上的膜 厚為t，則
8、 比較以上兩式可得:,對于平行平面ds， ， 則上式為 由 可得 在點源的正上方區(qū)域 (=0)時，,六、薄膜厚度的測量,1. 干涉顯微鏡法,薄膜樣品臺階處的干涉條紋，由于薄膜樣品的兩個表面有光程差，干涉條紋發(fā)生了彎曲，通過測量條紋的偏移和條紋間距，即可計算出臺階高度（薄膜厚度）。,,干涉條紋間距0 ，條紋移動，臺階高 為 ，測出0 和，即可測得膜厚t 其中為單色光波長，如用白光，取,2.稱重法,如果薄膜面積A，密度和質(zhì)量m可以被精確測定的話，膜厚t就可以計算出來：,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)，事先校準好頻率變化和沉積質(zhì)量的關(guān)系，并認為薄膜密度和塊狀試料密度相同，就可以根據(jù)校準曲線和石英晶片上薄膜面積測得薄膜厚度。此法廣泛應(yīng)用于薄膜淀積過程中厚度的實時測量，主要應(yīng)用于淀積速度，厚度的監(jiān)測，還可以反過來（與電子技術(shù)結(jié)合）控制物質(zhì)蒸發(fā)或濺射的速率，從而實現(xiàn)對于淀積過程的自動控制。,謝謝,
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