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电子科技大学 学生姓名：王建林 学 号：2011171020014 指导教师：周海平 日 期： 2014 年 05 月 23 日 一、实验室名称：研究院大楼324A 二、实验项目名称：磁控溅射实验；紫外-可见-近红外分光光度计实验 三、实验原理： （一）磁控溅射实验 1.磁控溅射工作原理和过程 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar和新的电子；新电子飞向基片，Ar在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar?来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。 磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。 溅射时入射粒子由气体放电产生，所谓气体放电是指电流通过气体的现象，气体放电将产生等离子体。一般是利用辉光放电，根据所加电场的不同，又分为直流辉光放电、射频辉光放电，而其他如三极溅射、磁控溅射时的辉光放电都是在此基础上的改进。 而辉光放电是指在低气压（1～10Pa）的稀薄气体中，在两个电极间加上电压时产生的一种气体放电现象。 那么为什么会产生辉光放电呢？是因为空气中有游离的离子，在电场加速获得能量后，与气体分子碰撞并使其电离，产生更多的离子，使更多的分子电离。之所以需要低气压，使因为在较高的气压下，平均自由程短，不能获得足够的能量使离子被加速。 2.辉光放电的I-V曲线图 AB段：电压增加，而电流密度增加很小，说明电压不够。 BC段：电压不变，电流密度增加很快。说明电离已经产生，但电源的阻抗很大。●C点：击穿电压VB CD段：“雪崩区”、离子轰击靶、释放出二次电子，二次电子与中性分子碰撞，产生更多离子，这些离子再轰击阴极，又产生新的二次电子。达到一定的电子、离子浓度后，气体起辉，两极间电流剧增，电压剧减。电阻呈负阻特征。 DE段：电流与电压无关，增大功率时，电压不变，电流增加。放电能自动调节轰击阴极的面积，起初集中在阴极边缘或表面不规则处，随功率密度的增加，阴极面的电流密度达到近乎于均匀。 EF段：增大功率，呈正电阻特性。溅射一般工作在此区。 F点以后：弧光放电。特点是两极间电阻很小。 （二）紫外-可见-近红外分光光度计实验 1.紫外-可见-近红外分光光度计原理 物质的吸收光谱实质上就是物质中的分子和原子吸收入射光中的某些特定波长的光能量，相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果。由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，可根据吸收光谱上的某些特征波长的吸光度的高低判别获测定该物质的含量，这就是分光光度计定性和定量分析的基础。分光光度分析就是根据物质的吸收光谱研究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。 当光作用在物质上时，一部分被表面反射，一部份被物质吸收。改变入射光的波长时，不同物质对每种波长的光都有对对应的吸收程度（A）或透过程度（T），可以作出这种物质在实验波长范围内的吸收光谱曲线或透过光谱曲线。用紫外-可见分光光度计可以作出材料在紫外光区和可见光区的对紫外光和可见光的吸收光谱曲线或透过光谱曲线。利用的是朗伯-比尔定律：A=abc（A为吸光度，a为吸光系数，b是光路长度，c为浓度）。 2.紫外-可见-近红外分光光度实验装置 近红外区常用的光源是汞灯，波长范围1000-3300nm。是可见光区常用的光源是钨灯或碘钨灯，波长范围是350-1000 nm。在紫外区常为氢灯或氘灯，发射的连续波长范围是180-360 nm。 (1)单色器 单色器是将光源辐射的复合光分成单色光的光学装置。它是分光光度计的心脏部分。单色器一般由狭缝、色散元件及透镜系统组成。关键是色散元件，最常见的色散元件是棱镜和光栅。 狭缝：将单色器的散射光切割成单色光。直接关系到仪器的分辨 率。狭缝越小，光的单色性越好。分为入射狭缝和出射狭缝。 棱镜:玻璃350～3200 nm，石英185～4000