實(shí)驗(yàn)2
金屬薄膜之制作
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+El} 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?span style="display:none"> 87>Qw,r
學(xué)習(xí)利用熱蒸鍍及電漿濺鍍法(Sputtering Deposition in Plasma Environment)制作金屬薄膜。
:YI>AaYWDO 1．了解真空技術(shù)的基本知識(shí)；
sO6t8)$b 2．掌握低、高真空的獲得和測(cè)量的基本原理及方法；
z`2d(KE? 3．了解真空
鍍膜的基本知識(shí)；
CKR9APkv 4．學(xué)習(xí)掌握蒸鍍鍍膜的基本原理和方法．
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a[74;VO Lul?@>T 二、實(shí)驗(yàn)原理
0ND7F 鍍膜技術(shù)有很多種，但大體上可分為利用液體及氣體成膜兩種方法，前者大多涉及化學(xué)變化，后者皆有些是利用化學(xué)作用，有些則是屬于物理作用。如圖(1)所述：
J~Ph)|AiS 圖(1) 真空鍍膜方法
`dNb%f> 本教材的重點(diǎn)在于物理氣相沈積的熱蒸發(fā)蒸鍍法及電漿濺鍍法，原理及制程將會(huì)詳述內(nèi)文。同學(xué)們?nèi)魧?duì)其他鍍膜方法有興趣請(qǐng)自行查閱書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)。
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CFA > 壓力低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的稀薄氣體空間稱為真空．在真空狀態(tài)下，由于氣體稀薄，分子之間或分子與其它質(zhì)點(diǎn)之間的碰撞次數(shù)減少，分子在一定時(shí)間內(nèi)碰撞于固體表面上的次數(shù)亦相對(duì)減少，這導(dǎo)致其有一系列新的物化特性，諸如熱傳導(dǎo)與對(duì)流小，氧化作用少，氣體污染小，汽化點(diǎn)低，高真空的絕緣性能好等等．真空技術(shù)是基本實(shí)驗(yàn)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．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，
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(lái)制造；硬質(zhì)保護(hù)膜可使各種經(jīng)常受磨損的器件表面硬化，大大增強(qiáng)表面耐磨程度；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(hù)層的作用；磁性薄膜具有記憶功能，在電子計(jì)算機(jī)中用作存儲(chǔ)記錄介質(zhì)而占有重要地位．
DtN6.9H2` 薄膜制備的方法主要有真空蒸鍍、濺射、分子束蒸鍍、化學(xué)鍍膜等．真空鍍膜，是指在真空條件中采用蒸鍍和濺射等技術(shù)使鍍膜材料氣化，并在一定條件下使氣化的原子或分子牢固地凝結(jié)在被鍍的基片上形成薄膜．真空鍍膜是目前用來(lái)制備薄膜最常用的方法，真空鍍膜技術(shù)目前正在向各個(gè)重要的科學(xué)領(lǐng)域中延伸，引起了人們廣泛的注意．
E<4}mSn) 0z xeA +U 真空原理與操作
[*<&]^ 1．真空度與氣體壓力
$ G}Q}f 真空度是對(duì)氣體稀薄程度的一種客觀度量，單位體積中的氣體分子數(shù)越少，表明真空度越高．由于氣體分子密度不易度量，通常真空度用氣體壓力來(lái)表示，壓力越低真空度越高．按照國(guó)際單位制(SI)，壓力單位是牛頓/米2，稱為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）．通常按照氣體空間的物理特性及真空技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)，將真空劃分為幾個(gè)區(qū)域，見(jiàn)表1．
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'I 2．抽真空
ujh4cp 用來(lái)獲得真空的設(shè)備稱為真空泵，真空泵按其工作機(jī)理可分為排氣型和吸氣型兩大類．排氣型真空泵是利用內(nèi)部的各種壓縮機(jī)構(gòu)，將被抽容器中的氣體壓縮到排氣口，而將氣體排出泵體之外，如機(jī)械泵、擴(kuò)散泵和分子泵等．吸氣型真空泵則是在封閉的真空系統(tǒng)中，利用各種表面（吸氣劑）吸氣的辦法將被抽空間的氣體分子長(zhǎng)期吸著在吸氣劑表面上，使被抽容器保持真空，如吸附幫浦、離子幫浦和低溫幫浦等．真空幫浦的主要性能可有下列指針衡量：
6qDD_ :F （1）極限真空度：無(wú)負(fù)載（無(wú)被抽容器）時(shí)幫浦入口處可達(dá)到的最低壓力（最高真空度）．
m{y ON&y （2）抽氣速率：在一定的溫度與壓力下，單位時(shí)間內(nèi)幫浦從被抽容器抽出氣體的體積，單位（升/秒）．
od fu7P_ （3）啟動(dòng)壓力：幫浦能夠開(kāi)始正常工作的最高壓力．
xd. C&Dx5 $ g^;*>yr 表1 真空區(qū)域劃分及其特點(diǎn)和應(yīng)用
p[GyQ2k) 真空區(qū)域 粗真空 低真空 高真空 超高真空
Dw[Q,SE 范圍（帕） 105~103 103~10-1 10-1~10-6 10-6~10-12
9|m L 物理現(xiàn)象 能實(shí)現(xiàn)氣體放電，以分子間相互碰撞為主． 能實(shí)現(xiàn)氣體放電，分子間相互碰撞和分子與器壁碰撞不相上下． 主要是分子與器壁碰撞． 分子碰撞器壁的次數(shù)減少，形成一個(gè)單分子層的時(shí)間已達(dá)到數(shù)分鐘以上．
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分子密度（厘米-3） 1019~1017 1017~1013 1013~108 108~102
D-!%L<< 平均自由程(厘米) 10-5~10-3 10-3~101 10~107 107~1012
E;Hjw0M'k 抽氣系統(tǒng) 機(jī)械幫浦
z~5'p(|@f 吸附幫浦 機(jī)械幫浦
*X-$*
~J0 吸附幫浦 擴(kuò)散幫浦
u"T^DrRlQ 分子幫浦 超高真空機(jī)組
X9j+$X \j 分子幫浦
DIAP2LR ? 離子幫浦
Ei<:=6EX?8 低溫幫浦
463dLEd 測(cè)量?jī)x器 U 形管壓差計(jì)壓力真空表 麥克勞壓力計(jì)電阻真空計(jì)
ZIl<y{ 熱偶真空計(jì)麥克勞壓力計(jì)
;$Jvqq|T 電離真空計(jì)
Qa%SvA@R xL"% 2nf
