電阻熱蒸發(fā)真空鍍膜機(jī)原理和使用

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1、電 阻 熱 蒸 發(fā) 真 空 鍍 膜 機(jī) 原 理 及 使 用張 克 雄大 連 光 電 技 術(shù) 研 發(fā) 中 心2011-9-3 DM-300B型 蒸 發(fā) 鍍 膜 原 理v在 真 空 條 件 下 ， 通 過(guò) 加 熱 蒸 發(fā) 源 使 蒸 發(fā) 源 中 的物 質(zhì) 蒸 發(fā) ， 蒸 汽 的 原 子 或 分 子 從 蒸 發(fā) 源 表 面 逸出 ， 沉 積 到 基 片 上 凝 結(jié) 形 成 薄 膜 熱 蒸 發(fā) 鍍 膜 的 三 個(gè) 物 理 過(guò) 程v采 用 蒸 發(fā) 或 升 華 把 固 態(tài) 材 料 轉(zhuǎn) 變 為 氣 態(tài) v原 子 (分 子 )從 蒸 發(fā) 源 遷 移 到 基 片 上 v基 片 表 面 上 膜 粒 子 重 新 排

2、 列 而 凝 聚 成 膜 鍍 膜 機(jī) 組 成v 鍍 膜 室 ： 主 要 包 括 四 對(duì) 螺 旋 狀 鎢 絲 或 舟 狀 蒸 發(fā) 加 熱 器 ； 旋 轉(zhuǎn) 基片 支 架 ； 烘 烤 加 熱 器 ； 熱 電 偶 測(cè) 溫 探 頭 ； 離 子 轟 擊 環(huán) ； 針 閥 ；觀 察 窗 等v 真 空 獲 得 系 統(tǒng) 。 它 主 要 由 機(jī) 械 泵 、 分 子 泵 、 高 低 真 空 閥 、 充 氣閥 、 電 磁 閥 等 組 成v 真 空 測(cè) 量 系 統(tǒng) 。 它 由 熱 偶 計(jì) 和 電 離 計(jì) 組 合 的 復(fù) 合 真 空 計(jì) 而 成 ，熱 偶 計(jì) 是 用 于 測(cè) 量 低 真 空 度 ， 范 圍 102 10-1

3、 Pa， 電 離 計(jì) 是 用于 測(cè) 量 高 真 空 度 ， 范 圍 10-1 10-6Pa。 v 電 路 控 制 系 統(tǒng) 。 它 主 要 由 機(jī) 械 泵 、 擴(kuò) 散 泵 、 電 磁 閥 控 制 電 路 和鍍 膜 蒸 發(fā) 加 熱 器 控 制 電 路 、 鐘 罩 升 降 控 制 電 路 、 基 片 支 架 旋 轉(zhuǎn)調(diào) 速 控 制 電 路 、 烘 烤 加 熱 溫 度 控 制 電 路 、 離 子 轟 擊 電 路 等 組 成 。 鍍 膜 機(jī) 示 意 圖 真 空 單 位 及 轉(zhuǎn) 換我 國(guó) 真 空 區(qū) 域 劃 分 為 ： 粗 真 空 、 低 真 空 、 高 真 空 、 超 高 真 空 和 極 高 真 空 。

4、真 空 度 劃 分v 粗 真 空v 低 真 空 v 高 真 空v 超 高 真 空v 極 高 真 空 Pa61 103331103331 Pa 106 103331103331 Pa10103331 Pa 35 103331100131 Pa13 103331103331 低 真 空 的 獲 得 （ 機(jī) 械 泵 ） 獲 得 低 真 空 常 采 用 機(jī) 械 泵 ， 機(jī) 械 泵 是 運(yùn) 用 機(jī)械 方 法 不 斷 地 改 變 泵 內(nèi) 吸 氣 空 腔 的 體 積 ， 使被 抽 容 器 內(nèi) 氣 體 的 體 積 不 斷 膨 脹 ， 從 而 獲 得真 空 的 裝 置 。 它 可 以 直 接 在 大 氣 壓 下

5、 開(kāi) 始 工作 ， 極 限 真 空 度 一 般 為 1.331.33 10-2Pa，抽 氣 速 率 與 轉(zhuǎn) 速 及 空 腔 體 積 V的 大 小 有 關(guān) ， 一般 在 每 秒 幾 升 到 每 秒 幾 十 升 之 間 。 l旋 片 式 機(jī) 械 泵 通 常 由 轉(zhuǎn) 子 、 定 子 、旋 片 等 結(jié) 構(gòu) 構(gòu) 成 。 偏 心 轉(zhuǎn) 子 置 于 定 子的 圓 柱 形 空 腔 內(nèi) 切 位 置 上 ， 空 腔 上 連接 進(jìn) 氣 管 和 出 氣 閥 門(mén) 。 轉(zhuǎn) 子 中 鑲 有 兩塊 旋 片 ， 旋 片 間 用 彈 簧 連 接 ， 使 旋 片緊 壓 在 定 子 空 腔 的 內(nèi) 壁 上 。 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn)動(dòng) 是 由

6、 馬 達(dá) 帶 動(dòng) 的 ， 定 子 置 于 油 箱 中 ，油 起 到 密 切 、 潤(rùn) 滑 與 冷 卻 的 作 用 。 l當(dāng) 轉(zhuǎn) 子 逆 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ， 空氣 由 被 抽 容 器 通 過(guò) 進(jìn) 氣 管被 吸 入 ， 旋 片 隨 著 轉(zhuǎn) 子 的轉(zhuǎn) 動(dòng) 使 與 進(jìn) 氣 管 相 連 的 區(qū)域 不 斷 擴(kuò) 大 ， 而 氣 體 就 不斷 地 被 吸 入 。 當(dāng) 轉(zhuǎn) 子 達(dá) 到一 定 位 置 時(shí) ， 另 一 旋 片 把被 吸 入 氣 體 的 區(qū) 域 與 被 抽容 器 隔 開(kāi) ， 并 將 氣 體 壓 縮 ，直 到 壓 強(qiáng) 增 大 到 可 以 頂 開(kāi)出 氣 口 的 活 塞 閥 門(mén) 而 被 排出 泵 外 ，

7、轉(zhuǎn) 子 的 不 斷 轉(zhuǎn) 動(dòng)使 氣 體 不 斷 地 從 被 抽 容 器中 抽 出 。 高真空的獲得（分子泵）v分 子 泵 是 利 用 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 轉(zhuǎn) 子 把 動(dòng) 量 傳 輸 給氣 體 分 子 ， 使 之 獲 得 定 向 速 度 ， 從 而 被 壓 縮 、被 驅(qū) 向 排 氣 口 后 為 前 級(jí) 抽 走 的 一 種 真 空 泵 。極 限 真 空 度 在 10-5-10-7Pa 分 子 泵 的 分 類v牽 引 分 子 泵 ： 氣 體 分 子 與 高 速 運(yùn) 動(dòng) 的 轉(zhuǎn) 子 相碰 撞 而 獲 得 動(dòng) 量 ， 被 驅(qū) 送 到 泵 的 出 口 。 v渦 輪 分 子 泵 ： 靠 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 動(dòng)

8、 葉 片 和 靜 止 的定 葉 片 相 互 配 合 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 抽 氣 的 。 這 種 泵 通 常在 分 子 流 狀 態(tài) 下 工 作 。 v復(fù) 合 分 子 泵 ： 是 由 渦 輪 式 和 牽 引 式 兩 種 分 子泵 串 聯(lián) 組 合 起 來(lái) 的 一 種 復(fù) 合 型 的 分 子 真 空 泵 。 渦 輪 分 子 泵 示 意 圖 克 努 曾 余 弦 定 律 氣 體 分 子 碰 撞 到 一 般 的 表 面 上 反 射 時(shí) ， 與 剛 性 球 在 剛 性 表 面 上 遵 從 鏡 面 反 射 規(guī) 律 完 全 不同 。 它 的 反 射 方 向 是 一 帶 有 概 率 特 征 的 隨 機(jī) 事 件 。 入 射

9、分 子 沿 可 能 反 射 方 向 反 射 的 概 率 cosd dP 凡 是 反 射 方 向 落 在 CAD范 圍 內(nèi) 的 分 子 皆 能 由 右 側(cè) 到 左 側(cè) 一 次 通 過(guò) 葉 列 ， 而 反 射 方 向 落 在 BAE范圍 內(nèi) 的 分 子 顯 然 不 能 通 過(guò) 而 返 回 到 右 側(cè) 。 反 射 方 向 落 在 BAE范 圍 內(nèi) 的 分 子 皆 不 能 通 過(guò) 而 返 回 葉 列 左 側(cè) 。 而 反 射 方 向 落 在 CAD范 圍 內(nèi) 的分 子 才 能 從 左 側(cè) 到 右 側(cè) 一 次 通 過(guò) 葉 列 由 于 CAD CAD， 即 一 次 碰 撞 就 可 通 過(guò) 葉 列 的 分 子

10、 從 右 側(cè) 到 左 側(cè) 數(shù) 量 大 于 從 左 側(cè) 到 右 側(cè) 的 數(shù)量 。 由 于 BAE BAE， 即 一 次 碰 撞 不 能 通 過(guò) 的 分 子 返 回 在 左 側(cè) 的 數(shù) 量 大 于 返 回 右 側(cè) 的 數(shù) 量 如 圖 所 示 的 高 速 運(yùn) 動(dòng) 的 葉 列 ， 與 動(dòng) 輪 相 間 排 列 的 靜 輪 ， 除 了 傾 斜 方 向 相 反 其 余 完 全 一樣 。 氣 體 分 子 從 右 側(cè) 到 左 側(cè) 的 傳 輸 幾 率 大 于 從 左 側(cè) 到 右 側(cè) 的 傳 輸 幾 率 真 空 度 測(cè) 量 （ 熱 偶 真 空 計(jì) ）l 熱 偶 真 空 計(jì) ： 利 用 熱 電 偶 的 電 勢(shì) 與 加

11、 熱 元 件 的 溫 度 有關(guān) ， 元 件 的 溫 度 又 與 氣 體 的 熱 傳 導(dǎo) 有 關(guān) 的 原 理 來(lái) 測(cè) 量真 空 度 的 真 空 計(jì) 。 其 中 有 一 根 細(xì) 金 屬 絲 （ 鉑 絲 或 鎢 絲 ）以 恒 定 功 率 加 熱 ， 金 屬 絲 的 溫 度 取 決 于 輸 入 功 率 與 散熱 的 平 衡 關(guān) 系 ， 而 散 熱 取 決 于 氣 體 的 熱 導(dǎo) 率 。 管 內(nèi) 壓強(qiáng) 越 低 ， 即 氣 體 分 子 越 稀 薄 ， 氣 體 碰 撞 燈 絲 帶 走 的 熱量 就 越 少 ， 則 絲 溫 越 高 ， 從 而 熱 偶 絲 產(chǎn) 生 的 電 動(dòng) 勢(shì) 越大 。 經(jīng) 過(guò) 校 準(zhǔn) 定

12、標(biāo) 后 ， 就 可 以 通 過(guò) 測(cè) 量 熱 偶 絲 的 電 動(dòng)勢(shì) 來(lái) 指 示 真 空 度 了 。 它 通 常 用 來(lái) 測(cè) 量 低 真 空 ， 可 測(cè) 范圍 為 13.330.1333Pa。 真 空 度 測(cè) 量 （ 電 離 真 空 計(jì) ）v 電 離 真 空 計(jì) ： 在 一 定 條 件 下 ， 氣 體 分 子 與 電 子 相 互 碰撞 產(chǎn) 生 電 離 ， 待 測(cè) 氣 體 的 壓 力 與 氣 體 電 離 產(chǎn) 生 的 離 子流 呈 正 比 關(guān) 系 的 原 理 制 作 的 真 空 測(cè) 量 儀 器 。 它 用 來(lái) 測(cè)量 高 真 空 度 ， 可 測(cè) 范 圍 為 0.1331.33 10-6Pa。 注 意 ，

13、只 有 在 真 空 度 達(dá) 到 10-1Pa以 上 時(shí) ， 才 可 以 打 開(kāi) 電 離 規(guī)管 燈 絲 。 否 則 ， 將 造 成 規(guī) 管 損 壞 。 常 用 蒸 發(fā) 源 材 料 及 形 狀鎢 (W， mp=3380)鉭 (Ta， mp=2980)鉬 (Mo， mp=2630)碳 (C， mp=3730) 注 意 事 項(xiàng)v蒸鍍?cè)锤邷叵驴赡芘c材料反應(yīng)，引入雜質(zhì)v蒸鍍溫度有限，高熔點(diǎn)物質(zhì)（如氧化物）無(wú)法蒸鍍v蒸鍍速率有限v不適合蒸鍍化合物材料v鍍膜質(zhì)量不高 操 作 過(guò) 程1. 開(kāi) 墻 上 電 源 、 開(kāi) 循 環(huán) 水 、 開(kāi) 設(shè) 備 總 電 源2. 旋 鈕 旋 至 “ 充 氣 ” 檔 ， 往 腔 體

14、充 氣 （ 設(shè) 備 出 現(xiàn) 故 障 ， 直 接 拉 后 面 的 電磁 閥 ）3. 旋 鈕 旋 至 “ 鐘 罩 升 ” 檔 ， 放 入 蒸 發(fā) 源 、 樣 品 等 ， 更 換 觀 察 窗 口 玻 璃 片4. 旋 鈕 旋 至 “ 鐘 罩 降 ” 檔 ， 檢 查 鐘 罩 是 否 貼 緊 ， 再 將 旋 鈕 旋 至 “ 關(guān) ” 狀態(tài)5. 右 旋 鈕 至 “ 機(jī) 械 分 子 泵 ” 檔 ， 開(kāi) 始 機(jī) 械 泵 粗 抽6. 低 閥 手 柄 拉 至 “ 抽 鐘 罩 ” 檔 ， 開(kāi) 始 粗 抽 鐘 罩7. 開(kāi) 復(fù) 合 真 空 計(jì) 、 旋 鈕 旋 至 “ 測(cè) 量 （ 左 ） ” 檔 ， 抽 真 空 至 1-2P

15、a（ 使 用中 間 的 量 程 ） 8. 低 閥 手 柄 推 至 “ 抽 系 統(tǒng) ” 檔 ， 開(kāi) 始 粗 抽 系 統(tǒng) ， 抽 真 空 至 5Pa9. 開(kāi) 高 真 空 蝶 閥 ， 抽 真 空 至 2Pa 操 作 過(guò) 程10. 開(kāi) 分 子 泵 控 制 器 電 源 ， 按 下 分 子 泵 控 制 器 的 綠 色 按 鈕 ， 啟 動(dòng) 分 子 泵11. 當(dāng) 真 空 度 小 于 1Pa時(shí) ， 關(guān) 閉 熱 偶 真 空 計(jì) ， 開(kāi) 啟 電 離 真 空 計(jì) ， 逐 步 調(diào) 整 電 離 真 空計(jì) 量 程 ， 抽 真 空 至 4-5 10-3Pa.至 此 ， 完 成 抽 真 空 過(guò) 程12. 將 電 離 真 空 計(jì)

16、 量 程 調(diào) 至 10-2檔 ， 旋 鈕 旋 至 “ 烘 烤 蒸 發(fā) ” 檔 ， 根 據(jù) 實(shí) 際 情 況 ，調(diào) 節(jié) 變 壓 器 ， 選 擇 合 適 電 流 電 壓 值 ， 開(kāi) 始 熱 蒸 發(fā) 鍍 膜 過(guò) 程 。 （ 注 意 ： 逐 漸 加大 電 流 時(shí) ， 鐘 罩 內(nèi) 真 空 度 會(huì) 下 降 ， 等 鐘 罩 內(nèi) 真 空 度 恢 復(fù) 到 4-5 10-3Pa時(shí) ， 再加 大 蒸 發(fā) 電 流 ）13. 鍍 膜 結(jié) 束 后 ， 旋 鈕 旋 至 “ 關(guān) ” 檔 ， 繼 續(xù) 抽 真 空 5min， 待 溫 度 降 低 后 ， 關(guān) 閉 電離 真 空 計(jì)14. 關(guān) 閉 分 子 泵 ， 當(dāng) 分 子 泵 示 數(shù)

17、 降 至 100時(shí) ， 關(guān) 閉 高 閥 ； 當(dāng) 分 子 泵 示 數(shù) 降 至 0時(shí) ，關(guān) 閉 機(jī) 械 泵 和 分 子 泵 、 關(guān) 閉 分 子 泵 控 制 器 電 源 15. 旋 鈕 旋 至 “ 充 氣 ” 檔 ， 往 腔 體 充 氣 ， 同 步 驟 2。 旋 鈕 旋 至 “ 鐘 罩 升 ” 檔 ， 取 出樣 品 等 物 件16. 旋 鈕 旋 至 “ 鐘 罩 降 ” 檔 ， 檢 查 鐘 罩 是 否 貼 緊 ， 再 將 旋 鈕 旋 至 “ 關(guān) ” 狀 態(tài) ， 同步 驟 417. 右 旋 鈕 至 “ 機(jī) 械 分 子 泵 ” 檔 ， 開(kāi) 始 機(jī) 械 泵 粗 抽 腔 體 ， 抽 真 空 至 40Pa, 同 步 驟 518. 關(guān) 設(shè) 備 總 電 源 ， 關(guān) 冷 卻 水 ， 關(guān) 墻 上 電 源