北科大物理实验低真空的获得测量与用直流溅射法制备金属薄膜.docx

1、北京科技大学 物理实验报告 低真空的获得，测量与用直流 实验报告 溅射法制备金属薄膜 学院 材料 班级 材料 1510 学号 41503000 姓名 张问 一、实验目的与实验仪器实验目的： 1)学习真空基本知识和真空的获得与测量技术基础知识。 2)学习用直流溅射法制备薄膜的原理与方法。 3)实际操作一套真空镀膜装置，使用真空泵和真空测量装置，研究该真空系统的抽气特性。 4)用直流溅射法制备一系列不同厚度的金属薄膜，为实验研究金属薄膜厚度对其电阻率影响制备样品。实验仪器： SBC-12 小型直流溅射仪（配有银靶），机械泵，氩气瓶、超声波清洗器、玻璃衬底二、实验原理 （要求与提示：限 400 字以

2、内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1.真空基本知识： 该实验首先需制造一个真空条件，在中真空状态，机械泵抽真空 2.用直流溅射法制备薄膜 溅射就是指荷能粒子轰击表面，使得固体表面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。溅射粒子轰击靶材，使得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。所以这种方法称为溅射法，干燥气体在正常状态下是不导电的，若在气体中安置两个电极并加上电压，少量初始带电粒子与气体院子相互碰撞，使束缚电子脱离气体原子成为电子，这时有电流通过气体，这个现象称为气体放电。 本实验所使用的是直流溅射法，利用了直流电压产生的辉光放

3、电，如图所示，在对系统抽真空后，充入适当压力的惰性气体，作为气体放电的载体，在正负极高压下，气体分子被大量电离，并伴随发出辉光。由放电形成的气体正离子被朝着阴极方向加速，正离子和快速中性粒子获得能量到达靶材，在这些粒子的轰击下，被溅射出来的靶材原子冷凝在阳极上，从而形成了薄膜。 三、实验步骤（要求与提示：限 400 字以内） （1） 把银靶装在镀膜室顶盖上，并使其到工作台的距离为40mm。 （2） 把玻璃衬底放入盛有无水乙醇的烧杯中，用超声波清洗机清洗3分钟，用吹风机烘干玻璃衬底，烘干后放在镀膜室的工作台上；盖上镀膜室上盖。 （3） 打开“电源”开关，机械泵对镀膜室抽真空，观测镀膜室的真空度，

4、小于4Pa时打开氩气控制阀门的针阀，缓慢向镀膜室充入氩气，当压力表上显示压力呈动态平衡时，试触检查直流溅射表上电流大小为5mA。 （4） 设定好“定时器”时间60s。 （5） 按下启动按钮，银靶被加上1000V的溅射电压，银薄膜沉积开始。可以看见镀膜室等离子辉光放电现象。 （6） 当“定时器”所设定的沉积时间达到之后，溅射电压变为0，溅射自动停止,溅射电流表显示电流为零，完成了薄膜制备过程中一次溅射沉积。待冷却60S后重复以上步骤。 （7)重复8次，制备沉积时间为8min的银薄膜样品。 （8）关闭针阀，关上电源，打开放气阀，镀膜室达大气压后，取出样品。 四、数据处理 （要求与提示：对于必要的数

5、据处理过程要贴手算照片）此次实验制备了沉积时间为8分钟的银膜。 膜厚计算经验公式：d=kVIt(氩气，银的 k=0.37);可以计算得到薄膜厚度为： d=0.37x1000x0.005x60x8=88.8nm 故膜厚88.8nm五、分析讨论（提示：分析讨论不少于 400 字） 讨论：通过观察4min与8min的银膜，发现其颜色不一样，这里可以用光的干涉来解释。入射的光在薄膜的上表面和下表面发生反射，反射的两束光会发生干涉。当两束光的光程差为入射光的波长的一半的偶数倍，则干涉后的光增强，就是所看到的颜色；如果光程差为入射光的波长的一半的奇数倍，则干涉后的光相互抵消减弱，这部分光就看不到了。而光程

6、差与薄膜的厚度有关。所以不同厚度的薄膜看上去颜色应该是不一样的。同理，如果一张薄膜各处的颜色是不一样，也就是说银膜在各处的厚度可能不一样。 通过计算，以h表示银膜的厚度， 要使反射光干涉相消则有2nh=(2k-1)/2,k=1,2,3 因而介质膜的最小厚度为（k=1）h=/4n此时的透射光加强 要使反射光干涉相长则有2nh=k,k=1,2,3 因而介质膜的最小厚度为（k=1）h=/2n此时的反射光加强 假如反射光为紫光，=400nm干涉相消时h1=100/n(n1)干涉相长时h2=200/n可以同过此公式来计算反射光的颜色解释为何银薄膜有不同的颜色。 本实验中镀膜用系统的极限真空度约为4Pa，

7、在镀膜过程前要特别注意用吹风机吹干薄膜的方法，薄膜上不能有液体，以免银原子被氧化，同时污渍要朝向一个方向吹，以免制备的银薄膜上有污痕。 误差分析：a实验过程中,应严格控制保温时间，以免因保温时间过短而使薄膜损坏。b 实验设备的真空度对后续的辉光放电有很大影响，倘若设备真空度被破坏，那么激射无法完成，同时也要保证实验刚开始时设备的真空度要极好。C 通入氩气后，使真空度保持在一个动态平衡的范围内，而在实验过程中发现，镀膜室的真空度会逐渐变高，溅射电流也逐渐变大，此时应注意微调氩气控制阀门。六、实验结论 本实验仪器的极限真空度为4pa，真空度越低，机械泵使系统的真空度的变化越缓慢。 制备所得的银薄膜的厚度为88.8nm 七、原始数据 （要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）