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1、磁控溅射法制备薄膜材料一、实验目的：1、掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法2、掌握磁控溅射法的基本原理3、掌握磁控溅射仪器设备的使用方法二、实验仪器真空镀膜系统、机械泵、分子泵、电离硅管、热偶真空计三、实验原理1、真空的获得用来获得真空的设备称为真空泵，真空泵按其工作机理可分为排气型和吸气 型两大类。排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构，将被抽容器中的气体压缩 到排气口，而将气体排出泵体之外，如机械泵、扩散泵和分子泵等。吸气型真空 泵则是在封闭的真空系统中，利用各种表面（吸气剂）吸气的办法将被抽空间的 气体分子长期吸着在吸气剂表面上，使被抽容器保持真空，如吸附泵、离子泵和 低温泵等。（1）机
2、械泵机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体 的体积不断膨胀压缩从而获得真空的泵，机械泵的种类很多，目前常用的是旋片 式机械泵。机械泵可在大气压下启动正常工作，其极限真空度可达10-1Pa,它取决于：定子空间中两空腔间的密封性，因为其中一空间为大气压，另一空间为极限压 强，密封不好将直接影响极限压强；排气口附近有一“死角”空间，在旋片移 动时它不可能趋于无限小，因此不能有足够的压力去顶开排气阀门；泵腔内密 封油有一定的蒸汽压（室温时约为 10-1Pa）。（2）分子泵分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的
3、一种真空泵。这种泵具体可分为：1）牵引分子泵 气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。2）涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在 分子流状态下工作。3）复合分子泵 它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空 泵。2、溅射镀膜溅射技术与真空蒸发技术有所不同。 “溅射”是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子或分子从表面射出的现象。射出的粒子大多呈原子状态，常 称为溅射原子。用于轰击靶的溅射粒子可以是电子，离子或中性粒子，因为离子 在电场下易于加速获得所需要动能，因此大都采用离子作为轰击粒子。溅射过程 建立在辉光放
4、电的基础上，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所采 用的辉光放电方式有所不同。直流二极溅射利用的是直流辉光放电；三极溅射是 利用热阴极支持的辉光放电；射频溅射是利用射频辉光放电；磁控溅射是利用环 状磁场控制下的辉光放电。溅射镀膜与真空蒸发镀膜相比，有许多优点。如任何 物质均可以溅射，尤其是高熔点，低蒸气压的元素和化合物；溅射膜与基板之间的附着性好；薄膜密度高；膜厚可控制和重 复性好等。缺点是设备比较复杂，需要高压 装置。此外，将蒸发法与溅射法相结合，即为离 子镀。这种方法的优点是得到的膜与基板间 有极强的附着力，有较高的沉积速率，膜的 密度高。四、实验步骤 1、用酒精清洗衬底玻璃基板、
5、靶材，清洗完 毕后用电吹风吹干。2、实验前仔细检查各开关的状态，接通电源。 电源接通后打开水循环开关，完成此两步后， 按下充气按钮，待充气结束后，将待镀金属 材料置入电极凹槽内，同时在真空室顶部装 载玻璃基片，注意装载过程中确保玻璃面的 整洁。置入内衬，关闭充气阀门。3、将工作状态选择开关从“断开”打到“机 械泵”工作档位，机械泵开始工作。开启复 合真空计电源。磁控溅射镀膜装置示意图4、观察热偶计示数的变化，待到测真空室的真空度达到 10Pa 时，此时关闭粗 抽阀。5、打开旁抽阀，打开分子泵开关，打开板阀。6、打开电离硅管，观察压强示数，至压强到 4*10-4pa 左右。7、充入氩气，开始镀膜（镀膜前一定要确定蒸发挡板是关闭的），打开电流开关， 慢慢加大电流至起辉，待溅射一段时间后，打开挡板，开始镀膜，完成后关闭挡 板。然后组建调小电流至 0，关闭电流开关。8、关闭板阀、关闭旁抽阀，关闭分子泵。9、关闭机械泵10、充气，打开真空室取出样品。11、在真空系统停止工作时，如无特殊要求，应将系统各元件保持在真空状态下 封存。故需重新安装好仪器，将工作选择开关打到“机械泵”档位，对真空室进 行粗抽真空，待真空室压强达到 10Pa 左右时关闭机械泵，同时关闭真空计，最 后关闭整个系统，镀膜实验完成。五、实验结果
