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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划真空镀膜材料的基本知识(共3篇)简介真空镀膜在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。蒸发镀膜通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，称为蒸发镀膜。这种方法最早由M.法拉第于1857年提出，现代已成为常用镀膜技术之一。蒸发镀膜设备结构如图1。蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀工件，如金属
2、、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。待系统抽至高真空后，加热坩埚使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间，并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。蒸气分子平均动能约为电子伏。蒸发镀膜的类型蒸发源有三种类型。电阻加热源：用难熔金属如钨、钽制成舟箔或丝状,通以电流,加热在它上方的或置于坩埚中的蒸发物质电阻加热源主要用于蒸发Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni
3、等材料。高频感应加热源：用高频感应电流加热坩埚和蒸发物质。电子束加热源：适用于蒸发温度较高的材料，即用电子束轰击材料使其蒸发。蒸发镀膜与其他真空镀膜方法相比，具有较高的沉积速率，可镀制单质和不易热分解的化合物膜。为沉积高纯单晶膜层，可采用分子束外延方法。生长掺杂的GaAlAs单晶层的分子束外延装置如图2分子束外延装置示意图。喷射炉中装有分子束源，在超高真空下当它被加热到一定温度时，炉中元素以束状分子流射向基片。基片被加热到一定温度，沉积在基片上的分子可以徙动，按基片晶格次序生长结晶用分子束外延法可获得所需化学计量比的高纯化合物单晶膜，薄膜最慢生长速度可控制在1单层/秒。通过控制挡板,可精确地做
4、出所需成分和结构的单晶薄膜。分子束外延法广泛用于制造各种光集成器件和各种超晶格结构薄膜。溅射镀膜用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用的二极溅射设备如图3二极溅射示意图。通常将欲沉积的材料制成板材靶,固定在阴极上。基片置于正对靶面的阳极上,距靶几厘米。系统抽至高真空后充入101帕的气体，在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子,其能量在1至几十电子伏范围。溅射原子
5、在基片表面沉积成膜。与蒸发镀膜不同，溅射镀膜不受膜材熔点的限制,可溅射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等难熔物质。溅射化合物膜可用反应溅射法，即将反应气体(O、N、HS、CH等)加入Ar气中,反应气体及其离子与靶原子或溅射原子发生反应生成化合物而沉积在基片上。沉积绝缘膜可采用高频溅射法。基片装在接地的电极上，绝缘靶装在对面的电极上。高频电源一端接地，一端通过匹配网络和隔直流电容接到装有绝缘靶的电极上。接通高频电源后，高频电压不断改变极性。等离子体中的电子和正离子在电压的正半周和负半周分别打到绝缘靶上。由于电子迁移率高于正离子，绝缘靶表面带负电，在达到动态平衡时，靶处于负的偏置电位，从而使正离子
6、对靶的溅射持续进行。采用磁控溅射可使沉积速率比非磁控溅射提高近一个数量级。离子镀蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，称为离子镀。这种技术是D.麦托克斯于1963年提出的。离子镀是真空蒸发与阴极溅射技术的结合。一种离子镀系统如图4离子镀系统示意图,将基片台作为阴极，外壳作阳极，充入惰性气体以产生辉光放电。从蒸发源蒸发的分子通过等离子区时发生电离。正离子被基片台负电压加速打到基片表面。未电离的中性原子也沉积在基片或真空室壁表面。电场对离化的蒸气分子的加速作用和氩离子对基片的溅射清洗作用，使膜层附着强度大大提高。离子镀工艺综合了蒸发与溅射工艺的特点，并有很好的绕射性，可为形状复杂的工
7、件镀膜。参考书目金原粲著，杨希光译：薄膜的基本技术，科学出版社，北京，1982。光学镀膜材料高纯氧化物一氧化硅、SiO，二氧化铪、HfO?，二硼化铪，氯氧化铪，二氧化锆、ZrO2，二氧化钛、TiO2，一氧化钛、TiO，二氧化硅、SiO2，三氧化二钛、Ti2O3，五氧化三钛、Ti3O5，五氧化二钽、Ta2O5，五氧化二铌、Nb2O5，三氧化二铝、Al2O3，三氧化二钪、Sc2O3，三氧化二铟、In2O3，二钛酸镨、Pr(TiO3)2，二氧化铈、CeO2，氧化镁、MgO，三氧化钨、WO3，氧化钐、Sm2O3，氧化钕、Nd2O3，氧化铋、Bi2O3，氧化镨、Pr6O11，氧化锑、Sb2O3，氧化钒、
8、V2O5，氧化镍、NiO，氧化锌、ZnO，氧化铁、Fe2O3，氧化铬、Cr2O3，氧化铜、CuO等。高纯氟化物氟化镁、MgF2，氟化镱、YbF3，氟化钇、LaF3，氟化镝、DyF3，氟化钕、NdF3，氟化铒、ErF3，氟化钾、KF，氟化锶、SrF3，氟化钐、SmF3，氟化钠、NaF，氟化钡、BaF2，氟化铈、CeF3，氟化铅等。高纯金属类高纯铝,高纯铝丝，高纯铝粒，高纯铝片，高纯铝柱，高纯铜，高纯铜丝，高纯铜片，高纯铜粒，高纯铬，高纯铬粒，高纯铬粉，高纯铬块，铬条，高纯钴，高纯钴粒，高纯金，高纯金丝，高纯金片，高纯金粒，高纯银，高纯银丝，高纯银粒，高纯银片，高纯铂，高纯铂丝，高纯铪，高纯铪粉，
9、高纯铪丝，高纯铪粒，高纯钨，高纯钨粒，高纯钼，高纯钼粒，高纯钼片，高纯硅，高纯单晶硅，高纯多晶硅，高纯锗，高纯锗粒，高纯锰，高纯锰粒，高纯钴，高纯钴粒，高纯铌，高纯锡，高纯锡粒，高纯锡丝，高纯钨，高纯钨粒，高纯锌，高纯锌粒，高纯钒，高纯钒粒，高纯铁，高纯铁粒，高纯铁粉，高纯钛，高纯钛片，高纯钛粒，海面钛,高纯锆，高纯锆丝，海绵锆,碘化锆,高纯锆粒，高纯锆块，高纯碲，高纯碲粒，高纯锗，高纯镍，高纯镍丝，高纯镍片，高纯镍柱，高纯钽，高纯钽片，高纯钽丝，高纯钽粒，高纯镍铬丝，高纯镍铬粒，高纯镧,高纯镨,高纯钆,高纯铈,高纯铽,高纯钬,高纯钇,高纯镱,高纯铥,高纯铼,高纯铑,高纯钯,高纯铱等.实验3：
10、真空镀膜及材料生长周震亚华中科技大学物理学院应用物理1101班UXX10249摘要：真空直流溅射镀膜金属薄膜的吸光度/透射率金属薄膜结构和形貌实验内容：1.根据提供的设备和材料，制定清洗衬底的方案2.采用小型直流溅射仪，在清洗干净的衬底上制备金属铜薄膜和银薄膜3.运用紫外分光光度计，测量金属薄膜的吸光度/透射率，分析与制备工艺之间的联系实验原理：真空知识简介“真空”是指低于一个大气压的气体状态。在真空技术中，以“真空度”来表示气体的稀薄程度，真空度越高，气体压强越低。通常气体的真空度直接用气体的压强来表示，常用单位为帕斯卡或毫米汞柱简称乇，它们之间的关系为：1毫米汞柱=1乇=133帕斯卡。在物
11、理学中，真空度分为粗真空，低真空，高真空，超高真空和极高真空。直流溅射镀膜技术所谓“溅射”是指荷能粒子轰击固体表面，使固体表面的原子从表面射出的现象。这些从固体表面射出的粒子大多呈原子状态，通常称为被溅射原子。常用的轰击靶材的荷能粒子为惰性气体离子和快速中性粒子，它们又被称为溅射粒子。溅射粒子轰击靶材，从而使靶材表面的原子离开靶材表面成为被溅射原子，被溅射原子沉积到衬底上就形成了薄膜。所以这种薄膜制备技术又称为溅射法。溅射法基于荷能粒子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所用的辉光放电方式有所不同。直流溅射法利用的是直流电
12、压产生的辉光放电；射频溅射法是利用射频电磁场产生的辉光放电；磁控溅射法是利用平行于靶材表面的磁场控制下的辉光放电。简单的直流二极溅射法可以镀金属、合金以及一些低导电性的材料，但是不能直接镀绝缘材料。本实验采用直流溅射法制备金属薄膜，其相关设备示意图如图所示，实验中需要用机械泵对镀膜室抽真空后，方可进行镀膜。薄膜的形成过程薄膜的形成过程直接影响薄膜的结构及它最终的性能。薄膜的形成划分为两个不同的阶段，即新核的形成和薄膜的生长过程。新核的形成一般分为自发成核和非自发成核。前者是指整个形核过程完全是在相变自由能的推动下进行的，后者是指除了有相变自由能做推动力之外，还有其它因素帮助新相核心生成的作用。
13、薄膜的生长过程一般有三种模式，如图4所示：一是层状生长模式。当被沉积物质与衬底之间浸润性很好时，被沉积物质的原子更倾向于与衬底原子键合。因此，薄膜从形核阶段开始即采取二维扩展模式，沿衬底表面铺开。在随后的过程中薄膜生长将一直保持这种层状生长模式。二是岛状生长模式。被沉积物质的原子或分子更倾向于自己相互键合起来，而避免与衬底原子键合，即被沉积物质与衬底之间的浸润性较差；金属在非金属衬底上生长大多采取这种模式。对很多薄膜与衬底的组合来说，只要沉积温度足够高，沉积的原子具有一定的扩散能力，薄膜的生长就表现为岛状生长模式。三是层状-岛状生长模式。在层状-岛状中间生长模式中，在最开始一两个原子层厚度的层
14、状生长之后，生长模式转化为岛状模式。导致这种模式转变的物理机制比较复杂，但根本原因可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。透射率、吸光度与吸收系数之间的关系透射率T是指透射光强与入射光强的比值。吸光度A是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数。即：1；固体的光吸收规律I?I0exp?x?，I和I0分别为透射光与入射光的光强，Tx为光的传播距离。根据上述规律，A正比于吸收系数?。A?lg实验仪器小型直流溅射仪，紫外可见分光光度计，超声波清洗器，干燥箱，衬底材料，酒精，去离子水等。具体实验：一.清洗样品。将玻片用玻璃刀划取适当的大小，然后取一个干净
15、的烧杯，往里面倒入适量的酒精。接下来放入超声波清洗器中清洗三分钟，之后用镊子取出玻片，然后放入蒸发皿中烘干。二.开始制作。顺时针方向转动电源开关，关闭放气阀门，溅射仪开始工作，抽气泵开始抽气。等到真空表头指示优于2E-1mbar之后，在不同的真空压强下对试样室内的样品进行溅射，溅射电流不大于20mA，然后再使用定时器控制溅射时间。等到溅射完成后，将电流旋钮逆时针调至最小，将电源旋钮逆时针调至最小，由于仪器本身的原因，我们组做实验的时候电流无法读出示数，所以固定一个电流的位置不动。制备的样品参数如下：样品1：溅射时间：300s气压样品2：溅射时间：300s气压样品3：溅射时间：200s气压样品4：溅射时间：200s气压样品5：溅射时间：300s气压三.将制作完成的样品放入原子力显微镜与紫外分光光度计测量样品表面形貌与透射率。数据分析：样品1：形貌与三维图形为：分析得面粗糙度为：样品2：形貌与三维图形：分析得：粗糙度为样品3：形貌与三维图形：分析得：粗糙度为样品4：形貌与三维图形：分析得：粗糙度为
