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电子功能薄膜制备与测试 实验一 真空的获得与测量 一实验原理 真空:“低于一个标准大气压里的气体状态”。 相对于大气状态，在真空状态下气体的新特点： 1：气体分子数目的减少，即气体单位体积中所具有的分子数目的减少； 2：伴随着气体分子数目的减少，分子之间、分子与器壁之间相互碰撞的次数逐渐减少； 3：气体分子热运动自由路程的增大。 真空的划分 真空高低的程度是用真空度这个物理量来衡量的，所谓真空度，即是指低压空间中气态物质的稀薄程度。气体的压力越低，其稀薄程度越大，真空度越高。 机械泵: 扩散泵 真空的测量: U型压力计 热偶真空计（热偶规） 3) 电离真空计（电离规）: 二实验内容及步骤: 1. 开启设备电源，检查放气阀已经关闭。 2. 启动机械泵，打开活塞使机械泵与真空室相连，当真空系统的压强到1.3Pa以下时，接通油扩散泵的冷却水，接通加热电源，使扩散泵开始工作。 3. 测量压强的工作要一直进行，要注意扩散泵加热后压强的变化。当温差电偶真空计显示的系统的压强达到0.13Pa时，打开电离真空计电源，预热10分钟后，再使用电离真空计继续进行测量。 4.每隔30秒测量一下压强值并记录。 5.结束实验时，首先断开电离真空计和复合真空计的总电源开关，然后断开扩散泵的加热电源，大约过20分钟后，关闭真空泵与真空室相连阀门，最后切断机械泵电源，真空系统内保持真空，并使机械泵的内部与外界大气相通，同时关闭扩散泵的冷却水。最后依次关闭各电源。 三 注意事项: 1) 对玻璃系统操作一定要轻缓，事先把步骤 拟好，正确无误方可进行实验。 2) 开泵之前一定要关闭放气阀，关泵之前一定要先关闭阀门，然后停泵并立即打开放气阀。 3) 扩散泵开启之前，一定要先使用前级机械泵把真空室抽到一定的真空度。 四 思考题: 1) 使用温差电偶真空计、电离真空计测量的步骤是什么？ 2) 在什么条件下才可以给扩散泵加热？ 3) 突然停电、断水时应采取什么措施？ 实验二 磁控溅射镀膜 一实验原理: 1)磁控溅射法是一种较为常用的物理沉积法。磁控溅射是在真空室中，利用低压气体放电现象，使处于等离子状态下的离子轰击靶表面，并利用环状磁场控制辉光放电，使溅射出的粒子沉积在基片上。 2)辉光放电是溅射的基础，溅射镀膜主要是利用辉光放电将氩气离子撞击靶材表面，靶材的原子被弹出而堆积在基片表面形成薄膜。辉光放电属于低气压放电(low pressure discharge)，工作压力一般都低于10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板，利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。 3) 射频溅射 如果靶材为绝缘体，则由于靶材表面带正电位，因而造成靶材表面与阳极的电位差消失，不会持续放电，无法产生辉光放电效应，所以若将直流供电改为射频电源，则绝缘体的靶材也可维持辉光放电。接入射频电源以后，辉光区的电子移动度将大于粒子移动度，靶材表面积累过剩电子，靶材表面直流偏压为负电位，如此即可继续溅镀。 射频放电虽然可在5~30MHz频率范围内进行，实际上，通常工业用频率为13.56MHz，主要是为了避免对通信的干扰，工作压强可降到0.13Pa或更低。 4)平面磁控溅射 二 实验内容及步骤 1)装片：对薄膜基片，先用水洗掉灰尘，再用超声波清洗干净，取出后用高纯度氮气吹干，把干净的基片放在样品架指定位置。 2)开机，依次开启冷却循环水机、开机械泵、真空计，当真空小于10Pa时，开分子泵（“电源”和“启动”），当真空在10-3Pa量级（约20min）时，可满足磁控靶工作真空条件。 3)磁控溅射操作： 基片加热至所需温度，开气瓶阀门→开减压阀→关高真空测量（开低真空测量）→检查质量流量控制器流量应为最小（零位）和“关闭”状态→开质量流量控制器电源→调节流量同时观察低真空指示≥0.5Pa→直流源操作（RF源操作下述），将电压电位器调到最小（逆时针）→开ON开关→增加电压同时观察电流指示到所需功率（VI）→镀膜达到所需厚度时进行“关机操作”。 RF源操作 先选200W量程，调Ua电位器有指示，看pf?pr比例，要求pf：pr5:1，调好200V→Ua电位器逆时针最小→开UT10分钟→开Ua “ON” →调C1和C2，使反射功率最小→增加Ua电压≥500V，同时观察自偏表头指有指示说明开始辉光放电→达到所需厚度时进行“关机操作”。 4)关机操作： 关电源→将电源电位旋钮逆时针最小（DC和RF类同）→关工作气体（将质量流量计流量调到零位，同时将控制