溅射薄膜沉积06剖析

溅射薄膜沉积

⊙薄膜

在基片上形成的厚度从单原子层到约5μm的物质。 ----特点：具有不同于固体块材的表面效应。

⊙各种沉积薄膜的技术

⊙溅射产生背景：辉光放电，异常辉光放电中，放电装置壁沉积导电薄膜。

⊙定义：荷能粒子轰击固体材料，使材料以原子状态从表面逸出的现象。

荷能粒子：离子、原子或分子（电子？）

表面作用：溅射---->唯一?

⊙溅射历史

●1853年：法拉第气体放电实验，发现沉积现象，

但没有引起重视。

●1902年：证实膜是正离子轰击阴极的溅射产物

●1960：Bell实验室溅射沉积IC中Ta膜

●1965年：IBM采用 rf溅射沉积绝缘膜

●1969年：三级溅射

●1974年：平面磁控溅射

⊙溅射产生条件：被轰击物质-----任何物质

入射粒子阈能---克服结合力，结合能⊙溅射产生过程：入射离子---->碰撞靶原子---->原子离位---->级连碰撞---->到达表面---->离开表面

溅射阈能：引起靶材原子发生位移的入射粒子的最小能

量

入射原子靶材He+ Ar+ K+ Xe+

入射原子

靶材

He+ Ar+ K+ Xe+

Be 12 15 15 15 Mo 24 24 28 27

AI 13 13 15 18 Rh 25 24 25 25

TI 22 20 27 28 Pd 20 20 20 15

V 21 23 25 28 Ag 12 15 15 17

Cr 22 22 18 20 Ta 25 26 30 30

Fe 22 20 25 23 W 35 33 30 30

Co 20 25 22 22 Re 35 35 25 30

Ni 23 21 25 20 Pt 27 25 22 22

Cu 17 17 16 15 Au 20 20 20 18

Ge 23 25 22 18 Th 20 24 25 25

Zr 23 22 18 25 U 20 23 25 22

Nb 27 25 26 32

⊙溅射阈能特点：与靶材、入射有关。主要决定于靶材。

⊙溅射产额（溅射率）

---为一个入射离子所溅射出材料原于的数目。

---影响溅射产额的因素：

（1）离子能量

----能量可分三个区域：

(a)低能区（<低于溅射阈能）---没有或很少溅射。

(b)中等能量区（溅射阈能

i

<10keV）---溅射率随离

子能量增加而迅速增加

(c)高能区----溅射产额缓慢增加，而后降低（？）

（2）轰击离子的入射角---入射离子与靶材法线的夹角

〖问题〗--在实际应用中如何提高利用最佳入射角提高溅射率？

--离子束

--等离子体鞘层

除Pt外，随角度变化存在最大值----最佳入射角。

(3)入射离子种类的影响

特点：---溅射产额随离子的原子序数发生周期性变化

----随原子序数的增加而增大

原因：在元素周期表的每一排中，电子壳层填满的元素，它的离子引起的材料溅射产额最大，而居中部位的元素，例

如AI、Ti、Zr相Hf,离子溅射产额较小。

惰性气体离子:

较大的溅射产额

避免与靶材发生化学反应

(4)靶材

特点：相量的离子轰击不同靶材，溅射产额随靶材原子序数也呈周期性变化。

原因：与靶元素原子电子壳层的填充程度等情况有密切关系。

实验一自由沉降实验讲解

实验一自由沉降实验 一、实验目的 1、观察自由沉降过程； 2、通过沉降实验学会绘制E~t 关系曲线和E~u 关系曲线； 3、能正确运用数据求解总去除率E T 。 二、实验原理 在含有离散颗粒的废水静置沉淀过程中，若试验柱内有效水深为H ，通过不同的沉淀时间t ，可求得不同的颗粒沉淀速度u ，u=H/t 。如以p 0表示沉速u

颗粒自由沉降实验

实验项目名称： 颗粒自由沉淀实验 （所属课程： 水污染控制工程 ） 院 系： 专业班级： 姓 名： 学 号： 实验日期： 实验地点： 合作者： 指导教师： 本实验项目成绩： 教师签字： 日期： 一、实验目的 (1) 加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。 (2) 掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。 二、实验原理 浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不 干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合 Stokes 公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得，而是要通过静沉实验确定。 由于自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关，因而自由沉淀 可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应使 D ≥100mm 以免颗粒沉淀受柱壁干扰。 具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率E 与截留速度u0、颗粒质量分数的关系如下 此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。 设在一水深为H 的沉淀柱内进行自由沉淀实验，实验开始时，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为C0（mg/L ），此时去除率E=0。 实验开始后，悬浮物在筒内的分布变得不均匀。不同沉淀时间ti ，颗粒下沉到池底的最小沉淀速度u i 相应为u i =H/t i 。此时为t i 时间内沉到池底（此处为取样点）的最小颗粒d i 所具有的沉速。此时取样点处水样水样悬浮物浓度为Ci ，则颗粒总去除率： 00011C C C C C P E i i i -=-= -=。

薄膜材料与薄膜技术复习资料完整版本

1.为了研究真空和实际使用方便，根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为 粗真空，低真空，高真空，超高真空四个区域。 2.在高真空真空条件下，分子的平均自由程可以与容器尺寸相比拟。 3.列举三种气体传输泵旋转式机械真空泵，油扩散泵和复合分子泵。 4.真空计种类很多，通常按测量原理可分为绝对真空计和相对真空计。 5.气体的吸附现象可分为物理吸附和化学吸附。 6.化学气相反应沉积的反应器的设计类型可分为常压式，低压式，热壁 式和冷壁式。 7.电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属和合金，薄膜材料在电解液中是以 正离子的形式存在。制备有序单分子膜的方法是LB技术。 8.不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法叫化学镀。 9.物理气相沉积过程的三个阶段：从材料源中发射出粒子，粒子运输到基片和粒子 在基片上凝聚、成核、长大、成膜。 10.溅射过程中所选择的工作区域是异常辉光放电，基板常处于负辉光区，阴极 和基板之间的距离至少应是克鲁克斯暗区宽度的3-4倍。 11.磁控溅射具有两大特点是可以在较低压强下得到较高的沉积率和可以在较低 基片温度下获得高质量薄膜。 12.在离子镀成膜过程中，同时存在吸附和脱附作用，只有当前者超 过后者时，才能发生薄膜的沉积。 13.薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与 结合生长过程。 14.原子聚集理论中最小稳定核的结合能是以原子对结合能为最小单位不连续变化 的。 15.薄膜成核生长阶段的高聚集来源于：高的沉积温度、气相原子的高的动能、 气相入射的角度增加。这些结论假设凝聚系数为常数，基片具有原子级别的平滑度。 16.薄膜生长的三种模式有岛状、层状、层状-岛状。 17.在薄膜中存在的四种典型的缺陷为：点缺陷、位错、晶界和 层错。 18.列举四种薄膜组分分析的方法：X射线衍射法、电子衍射法、扫描电子 显微镜分析法和俄歇电子能谱法。 19.红外吸收是由引起偶极矩变化的分子振动产生的，而拉曼散射则是由引起极化率 变化的分子振动产生的。由于作用的方式不同，对于具有对称中心的分子振动，红外吸收不敏感，拉曼散射敏感；相反，对于具有反对称中心的分子振动，红外吸收敏感而拉曼散射不敏感。对于对称性高的分子振动，拉曼散射敏感。 20.拉曼光谱和红外吸收光谱是测量薄膜样品中分子振动的振动谱，前者 是散射光谱，而后者是吸收光谱。 21.表征溅射特性的主要参数有溅射阈值、溅射产额、溅射粒子的速度和能 量等。 什么叫真空？写出真空区域的划分及对应的真空度。 真空，一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。粗真空105～102Pa 粘滞流，分子间碰撞为主低真空102～10-1 Pa 过渡流高真空102～10-1 Pa分子流，气体分子与器壁碰撞为主超高真空10-5～10-8 Pa气体在固体表面吸附滞留为主极高真空10-8 Pa以下·什么是真空蒸发镀膜法？其基本过程有哪些？

絮凝沉淀实验

实验项目名称：絮凝沉淀实验 （所属课程：水污染控制工程） 院系：专业班级：姓名：学号： 实验日期：实验地点：合作者：指导教师： 本实验项目成绩：教师签字：日期： 一、实验目的 （1）加深对絮凝沉淀的特点、基本概念及沉淀规律的理解。 （2）掌握絮凝实验方法，并能利用实验数据绘制絮凝沉淀静沉曲 二、实验原理 悬浮物浓度不太高，一般在600～700mg/L以下的絮状颗粒的沉淀属于絮凝沉淀，如给水工程中混凝沉淀、污水处理中初沉池内的悬浮物沉淀均属此类。沉淀过程中由于颗粒相互碰撞，凝聚变大，沉速不断加大，因此颗粒沉速实际上是一变速。这里所说的絮凝沉淀颗粒沉速，是指颗粒沉淀平均速度。在平流沉淀池中，颗粒沉淀轨迹是一曲线，而不同于自由沉淀的直线运动。在沉淀池内颗粒去除率不仅与颗粒沉速有关，而且与沉淀有效水深有关。因此沉淀柱不仅要考虑器壁对悬浮物沉淀的影响，还要考虑柱高对沉淀效率的影响。 静沉中絮凝沉淀颗粒去除率的计算基本思想与自由沉淀一致，但方法有所不同。自由沉淀采用累积曲线法，而絮涨沉淀采用的是纵深分析法，颗粒去除率按下式计算。 三、实验设备与试剂

（1）沉淀柱：有机玻璃沉淀柱，内径D≥100mm，高H=3.6m，沿不同高度设有取样口，如图所示。管最上为溢流孔，管下为进水孔，共五套。 （2）配水及投配系统：钢板水池，搅拌装置、水泵、配水管。 （3）定时钟、烧杯、移液管、瓷盘等。 （4）悬浮物定量分析所需设备及用具：万分之一分析天平，带盖称量瓶、干燥皿、烘箱、抽滤装置，定量滤纸等。 （5）水样：城市污水、制革污水、造纸污水或人工配制水样等。 四、实验步骤 （1）将欲测水样倒入水池进行搅拌，待搅拌匀后取样测定原水悬浮物浓度SS值。（2）开启水泵，打开水泵的上水闸门和各沉淀柱上水管闸门。 （3）放掉存水后，关闭放空管闸门，打开沉淀柱上水管闸门。 （4）依次向1～5沉淀柱内进水，当水位达到溢流孔时，关闭进水闸门，同时记录沉淀时间。5根沉淀柱的沉淀时间分别是20min、40 min、60 min、80 min、120 min。（5）当达到各柱的沉淀时间时，在每根柱上，自上而下地依次取样，测定水样悬浮物的浓度。 （6）记录见表1。 五、实验结果 （1）实验基本参数整理 实验日期水样性质及来源：生活污水 沉淀柱直径d= 110mm 柱高H=170cm 水温/℃=20 原水悬浮物浓度C （mg/L）=962 绘制沉淀柱及管路连接图 （2）实验数据整理

磁控溅射沉积系统技术参数

磁控溅射沉积系统技术参数 一、功能及基本要求 设备能够用于沉积纳米级的单层及多层功能膜和复合膜。要求可镀金属、合金、化合物、半导体、陶瓷膜、介质复合膜和其它化学反应膜等。要求设备工作的稳定性高、实验重复性好、多次实验结果误差小，从大气抽至工作真空度时间短，设备自动化程度高，操作简便，占地面积小，真空泵工作时噪音小。 二、技术指标 1 工作条件： 1.1 正常室温（10℃-40℃）下，室内操作 1.2 电源：220V，50Hz 1.3 相对湿度：10—75% 主要技术指标 2 磁控靶 2.1 至少有2套永磁共焦磁控溅射靶 2.2 溅射靶角度连续可调 2.3 各溅射靶可独立/顺次/共同工作 2.4 磁控靶能够通水冷却以维持在较低温度 2.5 磁控靶RF、DC、MF兼容以满足不同种类的溅射需求 2.6 至少有一个靶位可以溅射磁性材料 2.7 磁控靶与基片的距离可调，以满足不同种类的溅射需求 3 真空条件 3.1 极限真空度≤6*10-5Pa（经烘烤除气后） 3.2 有负载情况下从大气抽至工作真空度时间小于等于35分钟 3.3 系统停泵关机12小时后真空度≤5Pa 4 样品台 4.1 样品台可放置样品的尺寸≥4英寸 4.1 样品台具有旋转功能，转速0-30rpm（或以上）可调 4.2 样品台具有加热功能，加热温度室温-500℃（或以上）可控可调 5 气路 系统至少配备有两路进气系统，包含惰性气体和反应气体，且带有流量控制计

6 镀膜均匀性 对样品镀膜的不均匀度≤±4.5% 7 反溅清洗 要求设备能够施加负方向的偏压，在开始沉积之前能够对基片进行清洗 三、技术服务和培训 卖方须到买方提供的现场免费安装、调试设备，进行操作试验，直至运行正常，为仪器操作人员提供免费的操作及维护培训。 四、质量保证 测试验收合格后至少1年的整机质保。

自由沉淀实验报告

自由沉淀实验报告 一、实验目的 1. 加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。 2. 掌握颗粒白由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。 二、实验原理 浓度较稀的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀．其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速公层流区符合Stokes(斯托克斯)公式。但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒密度很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得而是通过静沉实验确定。 由于自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关、因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应使D＞100mm，以免颗粒沉淀受柱壁干扰。 具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率E与截留速度u o、颗粒质量分数的关系如下： E=1?P0+ u s u0 dp P0 此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。 设在一水深为H的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图2-1所示。实验开始，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径的组成相同，悬浮物浓度为C0(mg/L)，此时去除率E＝0。

图2-1 自由沉淀示意 实验开始后，不同沉淀时间t i颗粒最小沉淀速度u i相应为 u i=H i 此即为t i时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）的最小颗粒d i所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为C i而 C0?C i C0=1? C i C0 =1?P i P i=E0 此时去除率E0，表示具有沉速u≥u i（粒径d≥d i）的颗粒去除率，而 P i=C i C0 则反映了t i时，未被去除之颗粒即d＜d i的颗粒所占的百分比。 实际上沉淀时间t i内，由水中沉至池底的颗粒是由两部分颗粒组成。即沉速u≥u i 的那一部分颗粒能全部沉至池底；除此之外．颗粒沉速u0＜u i的那一部分颗粒，也有一部分能沉至池底。这是因为，这部分颗粒虽然粒径很小，沉速u0＜u i，但是这部分颗粒并不都在水面，而是均匀地分布在整个沉淀柱的高度内。因此只要在水面下，它们下沉至池底所用的时间能少于或等于具有沉速u i的颗粒由水面降至池底所用的时间t i，那么这部分颗粒也能从水中被除去。 沉速u0＜u i的那部分颗粒虽然有一部分能从水中去除，但其中也是粒径大的沉到池底的多，粒径小的沉到池底的少．各种粒径颗粒去除率并不相同。因此若能分别求出各种粒径的颗粒占全部颗粒的百分比，并求出该粒径颗粒在时间t i内能沉至池底的颗粒占本粒径颗粒的百分比，则二者乘积即为此种粒径颗粒在全部颗

薄膜技术发展历程

薄膜技术发展历程(一)：镀膜发展史 化学镀膜最早用于在光学元件表面制备保护膜。随后，1817年，Fraunhofe在德国用浓硫酸或硝酸侵蚀玻璃，偶然第一次获得减反射膜，1835年以前有人用化学湿选法淀积了银镜膜它们是最先在世界上制备的光学薄膜。后来，人们在化学溶液和蒸气中镀制各种光学薄膜。50年代，除大快窗玻璃增透膜的一些应用外，化学溶液镀膜法逐步被真空 镀膜取代。 真空蒸发和溅射这两种真空物理镀膜工艺，是迄今在工业撒谎能够制备光学薄膜的两种最主要的工艺。它们大规模地应用，实际上是在1930年出现了油扩散泵---机械泵抽气系统之后。 1935年，有人研制出真空蒸发淀积的单层减反射膜。但它的最先应用是1945年以后镀制在眼镜片上。1938年，美国和欧洲研制出双层减反射膜，但到1949年才制造出优质的产品。1965年，研制出宽带三层减反射系统。在反射膜方面，美国通用电气公司1937年制造出第一盏镀铝灯。德国同年制成第一面医学上用的抗磨蚀硬铑膜。在滤光片方面，德国1939年试验淀积出金属—介质薄膜Fabry---Perot型干涉滤光片。 在溅射镀膜领域，大约于1858年，英国和德国的研究者先后于实验室中发现了溅射现象。该技术经历了缓慢的发展过程。1955年，Wehner 提出高频溅射技术后，溅射镀膜发展迅速，成为了一种重要的光学薄膜工艺。现有两极溅射、三极溅射、反应溅射、磁控溅射和双离子溅射等 淀积工艺。 自50年代以来，光学薄膜主要在镀膜工艺和计算机辅助设计两个

方面发展迅速。在镀膜方面，研究和应用了一系列离子基新技术。1953年，德国的Auwarter申请了用反应蒸发镀光学薄膜的专利，并提出用离子化的气体增加化学反应性的建议。1964年，Mattox在前人研究工作的基础上推出离子镀系统。那时的离子系统在10Pa压力和2KV的放电电压下工作，用于在金属上镀耐磨和装饰等用途的镀层，不适合镀光学薄膜。后来，研究采用了高频离子镀在玻璃等绝缘材料上淀积光学薄膜。70年代以来，研究和应用了离子辅助淀积、反应离子镀和等离子化学气相等一系列新技术。它们由于使用了带能离子，而提供了充分的活化能，增加了表面的反应速度。提高了吸附原子的迁移性，避免形成柱状显微结构，从而不同程度地改善了光学薄膜的性能，是光学薄膜制造 工艺的研究和发展方向。 实际上，真空镀膜的发展历程要远远复杂的多。我们来看一个这个 有两百年历史的科技历程： 19世纪 真空镀膜已有200年的历史。在19世纪可以说一直是处于探索和预研阶段。探索者的艰辛在此期间得到充分体现。1805年, 开始研究接触角与表面能的关系(Young)。1817年, 透镜上形成减反射膜(Fraunhofer)。1839年, 开始研究电弧蒸发(Hare)。1852年, 开始研究真空溅射镀膜(Grove;Pulker)。1857年, 在氮气中蒸发金属丝形成薄膜(Faraday;Conn)。 1874年, 报道制成等离子体聚合物(Dewilde;Thenard)。1877年,薄膜的真空溅射沉积研究成功(Wright)。1880年, 碳氢化合物气相热解(Sawyer;Mann)。1887年, 薄膜的真空蒸

项目一 颗粒自由沉淀实验

项目一颗粒自由沉淀实验 一、实训目标 1．加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。 2．掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。 二、技能要求 1、掌握颗粒静置自由沉淀实验的操作过程。 2、掌握取样、过滤和称量的操作方法。 三、课时 6课时 四、实验原理 颗粒的自由沉淀是指在沉淀的过程中，颗粒之间不互相干扰、碰撞、呈单颗粒状态，各自独立完成的沉淀过程。自由沉淀有两个含义： （1）颗粒沉淀过程中不受器壁干扰影响； （2）颗粒沉降时，不受其它颗粒的影响。 当颗粒与器壁的距离大于50d（d为颗粒的直径）时就不受器壁的干扰。当污泥浓度小于5000mg/l时就可假设颗粒之间不会产生干扰。 颗粒在沉砂池中的沉淀以及低浓度污水在初沉池中的沉降过程均是自由沉淀，自由沉淀过程可以由Stokes（斯笃克斯）公式进行描述。 但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒比重很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得而是通过静沉实验确定。 取一定直径、一定高度的沉淀柱，在沉淀柱中下部设有取样口，如图1.1所示，将已知悬浮物浓度为C0的水样注入沉淀柱，取样口上水深为h0，在搅拌均匀后开始沉淀实验，并开始计时，经沉淀时间t1,t2,…ti从取样口取一定体积水样，分别记下取样口高度，分析各水样的悬浮物浓度C1、C2…Ci,从而通过公式 η＝C0－C i/C0×100% 式中：η—颗粒被去掉百分率； C0—原水悬浮物的浓度（mg/l） Ci—ti时刻悬浮物质量浓度（mg/l） 同时计算： p＝C i/C0×100% 式中：p—悬浮颗粒剩余百分率； C0—原水悬浮物的浓度（mg/l） C i—t i时刻悬浮物质量浓度（mg/l）

磁控溅射原理

百科名片 磁控溅射原理：电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长， 在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用（ E X B drift）使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。在E X B shift机理下工作的不光磁控溅射，多弧镀靶源，离子源，等离子源等都在次原理下工作。所不同的是电场方向，电压电流大小而已。磁控溅射的基本原理是利用 Ar一02混合气体中的等离子体在电场和交变磁场的作用下，被加速的高能粒子轰击靶材表面，能量交换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表面而成膜。磁控溅射的特点是成膜速率高，基片温度低，膜的粘附性好，可实现大面积镀膜。该技术可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。磁控溅射(magnetron-sputtering)是70年代迅速发展起来的一种“高速低温溅射技术”。磁控溅射是在阴极靶的表面上方形成一个正交电磁场。当溅射产生的二次电子在阴极位降区内被加速为高能电子后，并不直接飞向阳极，而是在正交电磁场作用下作来回振荡的近似摆线的运动。高能电子不断与气体分子发生碰撞并向后者转移能量，使之电离而本身变成低能电子。这些低能电子最终沿磁力线漂移到阴极附近的辅助阳极而被吸收，避免高能电子对极板的强烈轰击，消除了二极溅射中极板被轰击加热和被电子辐照引起损伤的根源，体现磁控溅射中极板“低温”的特点。由于外加磁场的存在，电子的复杂运动增加了电离率，实现了高速溅射。磁控溅射的技术特点是要在阴极靶面附件产生与电场方向垂直的磁场，一般采用永久磁铁实现。如果靶材是磁性材料，磁力线被靶材屏蔽，磁力线难以穿透靶材在靶材表面上方形成磁场，磁控的作用将大大降低。因此，溅射磁性材料时，一方面要求磁控靶的磁场要强一些，另一方面靶材也要制备的薄一些，以便磁力线能穿过靶材，在靶面上方产生磁控作用。磁控溅射设备一般根据所采用的电源的不同又可分为直流溅射和射频溅射两种。直流磁控溅射的特点是在阳极基片和阴极靶之间加一个直流电压，阳离子在电场的作用下轰击靶材，它的溅射速率一般都比较大。但是直流溅射一般只能用于金属靶材，因为如果是绝缘体靶材，则由于阳粒子在靶表面积累，造成所谓的“靶中毒”，溅射率越来越低。目前国内企业很少拥有这项技术。

几种薄膜淀积技术

几种薄膜淀积技术

几种主要薄膜淀积技术简介 摘要：从薄膜淀积的现象被发现到现在，对薄膜淀积理论的研究一直在进行，薄膜制造技术作为材料制备的新技术而得到广泛的应用。本文介绍几种主要的薄膜淀积的技术，薄膜的形成机理，影响薄膜的主要因素以及优缺点。 关键词：薄膜淀积制备技术CVD PVD Abstract：From the phenomenon of the film depositing is found to now , research has been in progress，the film manufacturing technique widely used as technology and materials prepared. This paper mainly introduces several major film deposition technology, the formation mechanism and main factors of affecting, advantages and disadvantages. Key words: Thinfilm depositing; preparation technology; CVD; PVD 一．引言 自从1857年第一次观察到薄膜淀积的现象到现在，薄膜制造技术得到广泛的应用。这门新技术不仅涉及到物理学、化学、结晶学、表面科学和固体物开学等基础学科，还和真空、冶金和化工等技术领域密切相关。薄膜制备过程是将一种材料（薄膜材料）转移到另一种材料（基底）的表面，形成和基底牢固结合的薄膜的过程。根据成膜方法

颗粒自由沉淀实验报告

建筑与测绘工程学院 《水处理实验设计与技术》 实验报告

实验1 颗粒自由沉淀实验 颗粒自由沉淀实验是研究浓度较低时的单颗粒的沉淀规律。一般是通过沉淀柱静沉实验，获取颗粒沉淀曲线。它不仅具有理论指导意义，而且也是给水排水处理工程中沉砂池设计的重要依据。 一、实验目的 加深对自由沉淀特点、基本概念及沉淀规律的理解。 掌握颗粒自由沉淀实验的方法，并能对实验数据进行分析、整理、计算和绘制颗粒自由沉淀曲线。 二、实验原理 浓度较低的、粒状颗粒的沉淀属于自由沉淀，其特点是静沉过程中颗粒互不干扰、等速下沉，其沉速在层流区符合Stokes （斯托克斯）公式。 但是由于水中颗粒的复杂性，颗粒粒径、颗粒相对密度很难或无法准确地测定，因而沉淀效果、特性无法通过公式求得而是通过静沉实验确定。 由于自由沉淀时颗粒是等速下沉，下沉速度与沉淀高度无关，因而自由沉淀可在一般沉淀柱内进行，但其直径应足够大，一般应使内径D ≥100mm 以免颗粒沉淀受柱壁干扰。 具有大小不同颗粒的悬浮物静沉总去除率η与截留沉速u 0剩余颗粒重量百分率P 的关系如下： ()dP P u u P s ?+-=00 001η ( 1 ) 此种计算方法也称为悬浮物去除率的累积曲线计算法。 设在一水深为H 的沉淀柱内进行自由沉淀实验，如图1所示。实验开始，沉淀时间为0，此时沉淀柱内悬浮物分布是均匀的，即每个断面上颗粒的数量与粒径组成相同，悬浮物浓度为C 0（mg/L ），此时去除率η=0。 实验开始后，不同沉淀时间t i ，颗粒最小沉淀速度u i 相应为： i i t H u = ( 2 ) 此即为t i 时间内从水面下沉到池底（此处为取样点）的最小颗粒d i 所具有的沉速。此时取样点处水样悬浮物浓度为C i ，而： 00 0011η=-=-=-i i i P C C C C C ( 3 ) 此时去除率η0，表示u ≥u i （d ≥d i ）的颗粒除去率，而：

磁控溅射技术的基本原理

张继成吴卫东许华唐晓红 中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳 材料导报, 2004, 18(4): 56-59 介绍磁控溅射技术的基本原理、装置及近年出现的新技术。 1 基本原理 磁控溅射技术是在普通直流(射频)溅射技术的基础上发展起来的。早期的直流(射频)溅射技术是利用辉光放电产生的离子轰击靶材来实现薄膜沉积的。但这种溅射技术的成膜速率较低，工作气压高(2～10Pa)。为了提高成膜速率和降低工作气压，在靶材的背面加上了磁场，这就是最初的磁控溅射技术。 磁控溅射法在阴极位极区加上与电场垂直的磁场后，电子在既与电场垂直又与磁场垂直的方向上做回旋运动，其轨迹是一圆滚线，这样增加了电子和带电粒子以及气体分子相撞的几率，提高了气体的离化率，降低了工作气压，同时，电子又被约束在靶表面附近，不会达到阴（阳）极，从而减小了电子对基片的轰击，降低了由于电子轰击而引起基片温度的升高。 2 基本装置 (1) 电源 采用直流磁控溅射时，对于制备金属薄膜没有多大的问题，但对于绝缘材料，会出现电弧放电和“微液滴溅射”现象，严重影响了系统的稳定性和膜层质量。为了解决这一问题，人们采用了射频磁控溅射技术，这样靶材和基底在射频磁控溅射过程中相当于一个电容的充放电过程，从而克服了由于电荷积累而引起的电弧放电和“微液滴溅射”现象的发生。 (2) 靶的冷却 在磁控溅射过程中，靶不断受到带电粒子的轰击，温度较高，其冷却是一个很重要的问题，一般采用水冷管间接冷却的方法。但对于传热性能较差的材料，则要在靶材与水冷系统的连接上多加考虑，同时需要考虑不同材料的热膨胀系数的差异，这对于复合靶尤为重要（可能会破裂损坏）。 (3) 磁短路现象 利用磁控溅射技术溅射高导磁率的材料时，磁力线会直接通过靶的内部，发生刺短路现象，从而使磁控放电难以进行，这时需要在装置的某些部分做些改动以产生空间凝

水处理实验问答题

实验一活性炭吸附实验 1. 2.间歇吸附和连续流吸附相比，吸附容量q和N是否相等？怎样通过实验求出N值？ 答：间歇吸附指定量的吸附剂和定量的溶液经过长时间的充分接触而达到平衡。间歇吸附平衡的测定方法有：(1)保持气相的压力不变，经过一段时间吸附后，测定气体容积减少值的容量法；(2)吸附剂和气体充分接触，测定吸附剂重量增加值的重量法 2.通过本实验、你对活性炭吸附有什么结论性意见？本实验如何进一步改进？ 答：通过本实验，可以得出结论:在一定程度内，吸附作用的去除率随着吸附剂的增加而增大，当到达某一个值时，去除率的增大不再明显，我对活性炭吸附的意见是:找到那个转折点，尽可能的保障投入有效。 实验二混凝实验 1. 2.根据最佳投药量实验曲线，分析沉淀水浊度与混凝剂加注量的关系 答：在一定范围内，混凝效果随混凝剂的投加量增加而增大，超过一定剂量时，效果反而减小。 2.本实验与水处理实际情况有哪些区别？如何改进？ 答：（1）水环境的温度因素没有考虑进去，需多设一个因素（2）水平梯度跨越过大，可能最佳条件在梯度中间值。可在两个最佳条件范围内再设细分梯度，进行试验（3）实际环境中污水的污染物质种类多样，不单单是土壤颗粒，所以最好的水样，应该取自污水处理厂处理前的水。 实验三压力溶气气浮实验 1. 2.气浮法与沉淀法有什么相同之处？有什么不同之处？ 答：（1）两者都是污水初期处理的物理方法。用来去除污水中的悬浮固体。 （2）气浮法通过向池内鼓气，使憎水的悬浮颗粒与气泡相吸附结合，使其整体密度变小，上浮，再通过刮渣机除去。沉淀法是通过悬浮颗粒的自由沉淀和絮凝作用，在重力作用下下沉。从而与水分离，沉入下层。 实验四曝气设备充氧能力的测定 1.

磁控溅射设备构造及其沉积薄膜原理

磁控溅射设备构造及其沉积薄膜原理 1. 实验目的： 了解磁控溅射设备的构造，熟悉磁控溅射沉积薄膜的基本原理。 2. 实验内容： 2.1 了解磁控溅射设备的构造 总体来讲，磁控溅射薄膜沉积系统包括：气路、真空系统、循环水冷却系统、控制系统。其中 (1) 气路系统：与PECVD系统类似，磁控溅射系统应包括一套完整的气路系统。但是，与PECVD系统不同的是，PECVD系统中，气路中为反应气体的通道。而磁控溅射系统气路中一般为Ar、N2等气体。这些气体并不参与成膜，而是通过发生辉光放电现象将靶材原子轰击下来，使靶材原子获得能量沉积到衬底上成膜。 (2) 真空系统：与PECVD系统类似，磁控溅射沉积薄膜前需要将真空腔室抽至高真空。因此，其真空系统也包括机械泵、分子泵这一高真空系统。 (3) 循环水冷却系统：工作过程中，一些易发热部件(如分子泵)需要使用循环水带走热量进行冷却，以防止部件损坏。 (4) 控制系统：综合控制PECVD系统各部分协调运转完成薄膜沉积，一般集成与控制柜。 2.2 磁控溅射沉积薄膜原理 在阳极(除去靶材外的整个真空室)和阴极溅射靶材(需要沉积的材料)之间加上一定的电压，形成足够强度的静电场。然后再在真空室内通入较易离子化的惰性Ar气体，在静电场E的作用下产生气体离子化辉光放电。Ar气电离并产生高能的Ar+离子和二次电子e。高能的Ar+阳离子由于电场E的作用会加速飞向阴极溅射靶表面，并以高能量轰击靶表面，使靶材表面发生溅射作用。被溅射出的靶原子(或分子)沉积在基片上形成薄膜。 由于磁场B的作用，一方面在阴极靶的周围，形成一个高密度的辉光等离子区，在该区域电离出大量的Ar+离子来轰击靶的表面，溅射出大量的靶材粒子向工件表面沉积；另一方面，二次电子在加速飞离靶表面的同时，受到磁场的洛伦兹力作用，以摆线和螺旋线的复合形式在靶表面作圆周运动。随着碰撞次数的

磁控溅射

磁控反应溅射。就是用金属靶，加入氩气和反应气体如氮气或氧气。当金属靶材撞向零件时由于能量转化，与反应气体化合生成氮化物或氧化物。若磁铁静止，其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。为增大靶材利用率，可采用旋转磁场。但旋转磁场需要旋转机构，同时溅射速率要减小。冷却水管。 旋转磁场多用于大型或贵重靶。如半导体膜溅射。用磁控靶源溅射金属和合金很容易，点火和溅射很方便。这是因为靶（阴极），等离子体，和被溅零件/真空腔体可形成回路。但若溅射绝缘体如陶瓷则回路断了。于是人们采用高频电源，回路中加入很强的电容。这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。但高频磁控溅射电源昂贵，溅射速率很小，同时接地技术很复杂，因而难大规模采用。为解决此问题，发明了 磁控溅射 磁控溅射是为了在低气压下进行高速溅射，必须有效地提高气体的离化率。通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率的方法。 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。

絮凝沉淀实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除 絮凝沉淀实验报告 篇一：环境工程专业----实验报告 颗粒自由沉淀实验 一、实验目的 1、过实验学习掌握颗粒自由沉淀的试验方法。 2、进一步了解和掌握自由沉淀的规律，根据实验结果 绘制时间－沉淀率（t-e）、沉速－沉淀率（u-e）和ct/co~u 的关系曲线。 二、实验原理 沉淀是指从液体中借重力作用去除固体颗粒的一种过程。根据液体中固体物质的浓度和性质，可将沉淀过程分为自由沉淀、沉淀絮凝、成层沉淀和压缩沉淀等4类。本实验是研究探讨污水中非絮凝性固体颗粒自由沉淀的规律。实验用沉淀管进行。设水深为h，在t时间内能沉到深度h颗粒 的沉淀速度vh/t。根据给定的时间to计算出颗粒的沉速uo。凡是沉淀速度等于或大于u0的颗粒在t0时就可以全部去除。设原水中悬浮物浓度为co则

沉淀率＝(co-ct)／c03100% 在时间t时能沉到深度h颗粒的沉淀速度u: u=(h310)／(t360)(mm／s) 式中：c0——原水中所含悬浮物浓度，mg/l c1————经t时间后，污水中残存的悬浮物浓度，mg/l;h——取样口高度cm;t——取样时间，min。 三、实验步骤 1、做好悬浮固体测定的准备工作。将中速定量滤纸选好，放入托盘，调烘箱至 105±1℃，将托盘放入105℃的烘箱烘45min,取出后放入干燥器冷却30min，在1/10000天平上称重，以备过滤时用。 2、开沉淀管的阀门将软化淤泥和水注入沉淀管中曝气搅拌均匀。 3、时用100ml容量瓶取水样100ml(测得悬浮物浓度为c0)记下取样口高度，开动秒表。开始记录沉淀时间。 4、时间为 5、10、15、20、30、40、60min时，在同一取样口分别取100ml水样，测其悬浮物浓度为（ct）。 5、一次取样应先排出取样口中的积水，减少误差，在取样前和取样后必须测量沉淀管中液面至取样口的高度，计算时采用二者的平均值。 6、已称好的滤纸取出放在玻璃漏斗中，过滤水样，并用蒸馏水冲净，使滤纸上得到全部悬浮性固体，最后将带有

薄膜材料与技术-试题A卷试题-答案

试题A 卷试题 答案 一、填空题 在离子镀膜成膜过程中，同时存在沉积和溅射作用，只有当前者超过后者时，才能发生薄膜的沉积 薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程 薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状-岛状生长 在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V 只与 气体的压强P 和 电极距离 的乘积有关。 二、解释下列概念 1、气体分子的平均自由程 每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程，其统计平均值： 称为平均自由程， 2、饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。 3、凝结系数： 当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。 4、物理气相沉积法：物理气相沉积法 (Physical vapor deposition)是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程 5、溅射：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 三、回答下列问题 1、真空的概念？怎样表示真空程度，为什么说真空是薄膜制备的基础？ 在给定的空间内，气体的压强低于一个大气压的状态，称为真空 真空度 、压强、气体分子密度：单位体积中气体分子数；气体分子的平均自由程；形成一个分子层所需的时间等 物理气相沉积法中的真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等是基本的薄膜制备技术。它们均要求沉积薄膜的空间有一定的真空度。 2、讨论工作气体压力对溅射镀膜过程的影响？ 在相对较低的压力下，电子的平均自由程较长，电子在阳极上消耗的几率增大，通过碰撞过程引起气体分子电离的几率较低。同时，离子在阴极上溅射的同时发射出二次电子的几率又由于气压较低而相对较小。这些均导致低压条件下溅射的速率很低。 在相对较低的压力下，入射到衬底表面的原子没有经过很多次碰撞，因而其能量较高，这有利于提供沉积时原子的扩散能力，提供沉积组织的致密性 在相对较高的压力下，溅射出来的靶材原子甚至会被散射回靶材表面沉降下来，因而沉积到衬底的几率反而下降 在相对较高的压力下，使得入射原子的能量降低，这不利于薄膜组织的致密化 溅射法镀膜的沉积速率将会随着气压的变化出现一个极大值 n 221πσλ=

沉淀实验实验报告

沉淀实验实验报告 篇一：自由沉淀实验报告 六、实验数据记录与整理 1、实验数据记录 沉降柱直径水样来源柱高 静置沉淀时间/min 表面皿表面皿编号质量/g 表面皿 和悬浮物总质量/g 水样中悬浮物质量/g 水样体积/mL 悬浮物沉降柱浓度/工作水（g/ml）深/mm 颗粒沉沉淀效 速/率/％（mm/s） 残余颗 粒百分比/％ 0 5 10 20 30 60 120 0 1 2 3 4 5 6 79.0438 80.7412 1.6974 81.7603 83.2075 1.4472 64.1890 65.4972 1.3082 66.1162 67.3286 1.2124 73.7895 74.9385 1.1490 83.4782 84.6290 1.1508 75.0332 76.1573 1.1241

31.0 30.0 30.0 30.0 30.0 31.0 31.0 0.0548 0.0482 0.0436 0.0404 0.0383 0.0371 0.0363 846.0 808.0 780.0 724.0 664.0 500.0 361.0 1.860 0.883 0.395 0.230 0.069 0.021 11.40 20.44 26.28 30.11 32.30 33.76 100 87.96 79.56 73.72 69.89 67.70 66.24 2、实验数据整理 （2）绘制沉淀曲线：E-t 、E-u 、ui~pi曲线如下： 2-1、绘制去除率与沉淀时间的曲线如下： 图2.2：沉淀时间t与沉淀效率E的关系曲线 2-2、绘制去除率与沉淀速度的曲线如下： 图2.2：颗粒沉速u与沉淀效率E的关系曲线 2-3、绘制去除率与沉淀速度的曲线如下： 图2.3：颗粒沉速u与残余颗粒百分比的关系曲线 （1）选择t=60min 时刻：(大家注意哦！这部分手写的，不要直接打印！) 水样中悬浮物质量=表面皿和悬浮物总质量-表面皿质量,如表格所示。原水悬浮物的浓度：C0? 水样中悬浮物质量1.6974 ??0.0548g/ml 水样体积31.0 悬浮物的浓度：C5? 水样中悬浮物质量1.1508

半导体技术-薄膜沉积

薄膜沉积 薄膜的沉积，是一连串涉及原子的吸附、吸附原子在表面的扩散及在适当的位置下聚结，以渐渐形成薄膜并成长的过程。 分类及详述： 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）——CVD 反应气体发生化学反应，并且生成物沉积在晶片表面。 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）——PVD 蒸镀（Evaporation） 利用被蒸镀物在高温（近熔点）时，具备饱和蒸汽压，来沉积薄膜的过程。 溅镀（Sputtering） 利用离子对溅镀物体电极（Electrode）的轰击（Bombardment）使气相中具有被镀物的粒子（如原子），沉积薄膜。 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition；CVD) 用高温炉管来进行二氧化硅层的成长，至于其它如多晶硅 (poly-silicon)、氮化硅 (silicon-nitride)、钨或铜金属等薄膜材料，要如何成长堆栈至硅晶圆上？ 基本上仍是采用高温炉管，只是因着不同的化学沉积过程，有着不同的工作温度、压力与反应气体，统称为「化学气相沉积」。 既是化学反应，故免不了「质量传输」与「化学反应」两部分机制。由于化学反应随温度呈指数函数变化，故当高温时，迅速完成化学反应，对于化学气相沉积来说，提高制程温度，容易掌握沉积的速率或制程的重复性。 高温制程有几项缺点： 1．高温制程环境所需电力成本较高。 2．安排顺序较后面的制程温度若高于前者，可能破坏已沉积材料。 3．高温成长的薄膜，冷却至常温后，会产生因各基板与薄膜间热胀缩程度不同的残留应力 (residual stress)。 所以，低制程温度仍是化学气相沉积追求的目标之一，如此一来，在制程技术上面临的问题及难度也跟着提高。 按着化学气相沉积的研发历程，分别简介「常压化学气相沉积」、「低压化学气相沉积」及「电浆辅助化学气相沉积」： 1．常压化学气相沉积(Atmospheric Pressure CVD；APCVD) 最早研发的CVD系统，是在一大气压环境下操作，设备外貌也与氧化炉管相类似。欲成长材料化学蒸气自炉管上游均匀流向硅晶，至于何以会沉积在硅晶表面，可简单地以边界层 (boundary layer) 理论作定性说明： 当具黏性的化学蒸气水平吹拂过硅芯片时，硅芯片与炉管壁一样，都是固体边界，因靠近芯片表面约1mm的边界层内速度大量变化(由边界层外缘蒸气速度减低到芯片表面速度为零)，会施予一拖曳外力，拖住化学蒸气分子；同时因硅芯片表面温度高于边界层外缘蒸气温度，芯片将释出热量，来供给被拖住的化学蒸气分子在芯片表面完成薄膜材质解离析出所需的能量。所以基本上，化学气相沉积就是大自然「输送现象」(transport phenomena) 的应用。 常压化学气相沉积速度颇快，但成长薄膜的质地较为松散。另外若晶圆不采水平摆放的方式(太费空间)，薄膜厚度均匀性 (thickness uniformity)不佳。 2．低压化学气相沉积(Low Pressure CVD；LPCVD) 为进行50片或更多晶圆批次量产，炉管内晶圆势必要垂直密集地竖放于晶舟上，这明显衍生沉积薄膜的厚度均匀性问题；因为平板边界层问题的假设已不合适，化学蒸气在经过第一片晶圆后，黏性