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1、直流溅射法制备金属薄膜实验目的n n直接接触和认识薄膜材料n n学会直流溅射法镀膜的原理和方法n n学会制备干涉法测量膜厚的薄膜样品的方法实验仪器n n玻璃衬底玻璃衬底n n氩气氩气n n超声波清洗器超声波清洗器n n机械泵机械泵n nSBC-12SBC-12小型直流溅射小型直流溅射仪仪( (配有金靶配有金靶, ,可以在可以在较低的真空度下进行较低的真空度下进行直流溅射直流溅射) )实验原理1、直流溅射制备金属薄膜 在镀膜室中冲入氩气在镀膜室中冲入氩气, ,利用直流电压产生辉光放电利用直流电压产生辉光放电, ,由此形成的氩气离子和由它产生的快速中性离子由此形成的氩气离子和由它产生的快速中性离子
2、( (溅射溅射粒子粒子) )以高速轰击金靶以高速轰击金靶, ,靶材原子靶材原子( (溅射原子溅射原子) )被从金靶表被从金靶表面溅射出来面溅射出来, ,冷凝在衬底上冷凝在衬底上, ,从而形成了薄膜从而形成了薄膜. .这种制膜这种制膜方法称为溅射法方法称为溅射法. .本实验采用直流溅射法本实验采用直流溅射法, ,即利用直流电即利用直流电压产生的辉光放电压产生的辉光放电. . 靶材和衬底之间电位的变化并不均匀靶材和衬底之间电位的变化并不均匀, ,会产生阴极会产生阴极电压降电压降, ,其大小取决于气体的种类和阴极材料其大小取决于气体的种类和阴极材料. . 2 2 、制备用干涉法测量金属薄膜厚度的样品
3、、制备用干涉法测量金属薄膜厚度的样品 待测膜厚的薄膜样品要制成台阶状待测膜厚的薄膜样品要制成台阶状, ,台阶高度为待台阶高度为待测膜厚测膜厚d.d.薄膜样品其上表面应该具有很好的反光性薄膜样品其上表面应该具有很好的反光性, ,目目的是为了观察到清晰的干涉条纹的是为了观察到清晰的干涉条纹. . 实验步骤1、直流溅射制备金属薄膜 (1)调节金靶到工作台的距离(4045mm). (2)清洗玻璃衬底. (3)抽真空.当真空度小于2Pa时,打开“针阀”向镀膜室充入氩气使其真空度达到34Pa. (4)设定好薄膜的制备时间. (5)先后按“试验” 、“启动”,金属薄膜沉积开始.随时通过对“针阀”的调节,使镀
4、膜室的真空度稳定. (6)当“定时器”所设定的沉积时间达到后,溅射自动停止,完成了一次,溅射沉积.如需多次,重复(5)所述内容. (7)关闭“针阀”,关上“总电源开关”,提起“放气阀”,给镀膜室放入空气.打开上盖,取出薄膜样品.2、干涉法测量膜厚样品的制备 (1)先在玻璃衬底上制备4min的金属膜. (2)将玻璃衬底的一半用玻璃片覆盖,另一半裸露, 用胶带把覆盖玻璃片固定在工作台上. (3)再次沉积金属膜,沉积时间为15min. (4)去掉覆盖玻璃片就获得了待测膜厚的金属薄膜样品数据记录样品标号样品标号1 12 2沉积时间沉积时间/min/min20204 4氩气压强氩气压强/Pa/Pa6.8
5、6.86.66.6溅射电流溅射电流/mA/mA5 55 5薄膜厚度薄膜厚度/nm/nm10210220.420.4数据处理溅射距离4cm,直流电压V=1000v,K=0.17(氩气,金),K=0.37(氩气银),K=0.07(空气,金)薄膜计算经验公式: 所以, 沉积速率误差分析n n1、仪器本身存在误差,使得对镀膜室抽真空时,其真空度不能达到2Pa以下,这样对氩气压强和溅射电流有影响,从而使计算结果出现误差.n n2 、在镀膜过程中,相邻两次溅射时间少于30s,使沉积时间实际上不是所要求的时间,从而影响计算结果,导致误差.结论n n1、通过对实验现象的分析,在制备金属膜时,相邻两次溅射时间间隔不能少于30s.否则制出的膜不能使用.n n2、通过对实验结果的分析,可知在镀膜时,提高薄膜沉积速率的方法:一是增大溅射电流,但不应超过12mA,以免烧坏设备;二是增大溅射电流,但也不宜过大,因为金靶和工作台之间的距离应保持在4045mm,因此,阴极电压降不能超过相应的范围,即溅射电流不能过大.n n薄膜计算经验公式薄膜计算经验公式: :n n沉积速率沉积速率: :等离子体辉光放电中的电位随空间位置的变化关系等离子体辉光放电中的电位随空间位置的变化关系
