多层介质膜滤光片的镀制
摘要：
本实验以蒸发真空镀膜机对滤光片镀膜，采用干涉原理对膜厚进行监控。使用单色仪把光源透过滤光片并有反射镜反射回来到单色仪上的光，经由单色仪原理被分成不同的光束，再由光电倍增管将光信号放大并转化为电信号。通过理论模拟和实际实验结果进行比较，分析实验误差产生的原因。
关键词：干涉滤光片、高真空镀膜、光学极值法测膜厚、真空检验
引言：
当光线进入不同传递物质时（如由空气进入玻璃），大约有5% 会被反射掉，在光学瞄准镜中有许多透镜和折射镜，整个加起来可以让入射光线损失达30%至40%。现代光学透镜通常都镀有单层或多层氟化镁的增透膜，单层增透膜可使反射减少至 1.5%，多层增透膜则可让反射降低至 0.25%，所以整个瞄准镜如果加以适当镀膜，光线透穿率可达 95%。镀了单层增透膜的镜片通常是蓝紫色或是红色，镀多层增透膜的镜片则呈淡绿色或暗紫色。
通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体表面，称为蒸发镀膜。这种方法最早由M.法拉第于1857年提出，现代已成为常用镀膜技术之一。
蒸发物质如金属、化合物等置于坩埚内或挂在热丝上作为蒸发源，待镀工件，如金属、陶瓷、塑料等基片置于坩埚前方。待系统抽至高真空后，加热使其中的物质蒸发。蒸发物质的原子或分子以冷凝方式沉积在基片表面。薄膜厚度可由数百埃至数微米。膜厚决定于蒸发源的蒸发速率和时间（或决定于装料量），并与源和基片的距离有关。对于大面积镀膜，常采用旋转基片或多蒸发源的方式以保证膜层厚度的均匀性。从蒸发源到基片的距离应小于蒸气分子在残余气体中的平均自由程，以免蒸气分子与残气分子碰撞引起化学作用。蒸气分子平均动能约为0.1～0.2电子伏。
本实验通过蒸发真空镀膜设备对滤光片镀膜。
原理：
1、真空技术
“真空”是指气压低于一个大气压的气体状态。在真空状态下，单位体积中的气体分子数大大减少，分子平均自由程增大，气体分子之间、气体分子与其他粒子之间的相互碰撞也随之减少。这些特点被广泛应用于科学研究和生产的许多领域中，例如：电子器件、大规模集成电路、加速器、表面物理、热核反应、空间环境模拟、真空冶炼和真空包装等。
真空泵是把被抽容器中的气体排放出从而降低容器内气压的机具。根据排气压强，真空泵大致可分为三类。
第一类是往大气中排气的泵，这种泵一般称为粗抽泵或前级泵，它可以从大气压下开始工作，可以单独使用或与其他需要在出口处维持一低气压的泵连用。旋转机泵、活塞式机械泵等都属于这一类。第二类是只向低于大气压的环境中排气的泵。这类泵是在气体相当稀薄时才能开始工作，并气体排除到已被前级泵抽成低真空的地方。这类泵称为高真空泵，如扩散泵、分子泵等。第三类是可束缚住系统中的气体和蒸汽的泵，如吸附泵和低温泵等。
而在本实验中，我们可以通过机械泵和油扩散泵的配合使用达到高真空条件。但扩散泵不能再大气下运行，因此在高真空泵能够工作之前，必须先用机械泵通过低真空阀门分别将钟罩内和扩散泵中的大部分气体抽到大气中。扩散泵需要预热，待真空度合适后，将低真空阀放在抽扩散泵一侧，然后慢慢打开高真空阀门。扩散泵和机械泵的组合可使钟罩内的压强降到大约7×10-3Pa
2、反射膜
光线在单一分界面上的反射光线垂直入射到透明介质界面时，反射系数r和反射率R分
别为
i tt
i t n n r n n -=
+ （2-1）
22
(
)
i t i t n n R r n n -==+ （2-2）
其中
i
n 、
t
n 分别为两种介质的折射率。知道
i
n 和
t
n 便很容易地计算光垂直入射在该界面上
时的反射特性。
在一般情况下，光线以一定的角度入射到分界面上，这时，要对两种偏振分别计算反射率和透射率。假设入射光为平面电磁波E ，并在波前平面内的偏振分量p 波和与该平面垂直的分量s 波，反射波和透射波也做同样的分解，用上标i 、r 和t 分别代表入射波、反射波和投射波。于是，p 波和s 波的反射率和透射率分别为图2-1 光线在单一界面上的反射
tan()tan()
r p
i t p i p
i t E r E ????-=
=
+
2cos sin cos()sin()
t p i t
p i p
i t i t E t E ??????=
=
-+
sin()sin()r s i t s i s i t E r E ????-==
+
2cos sin sin()t s i t
s i s i t E t E ????==
+ (2-3)
定义介质的光学导纳
////||
||H K E η=
? (2-4)
其中K 为与界面垂直方向的单位矢，H 和E 分别为磁场强度矢量和电场强度矢量，脚标“//”
指平行于界面的方向。η的大小既与介质的折射率n 有关，也与入射角i ?和t ?有关，由折
射定律
sin sin i i t t
n n ??=和绝缘介质面上电磁场的边值关系
()0,()0
t i t i k E E k H H ?-=?-= (2-5)
以及E H 和的振幅比
////|H |
||
E =可以推出如下关系
,p cos cos i t i t
p p i t
n n ηη??=
=（波） (2-7a)
s t t cos ,cos s i t s i i n n η?η?==（波） (2-7b)
于是可得振幅反射率及能量反射率
i i
r t
t ηηηη-=+ ( 2-8)
i 2
i ()t t
R ηηηη-=+ (2-9)
（2-8）、（2-9）两式中的η无论对于s p 波还是波都适用。（2-8）、(2-9）两式的形式与（2-1）、（2-2）两式完全相同，这就是说定义了介质的光学导纳η之后，我们就可以用同一形式的公式来处理问题而不必区分垂直还是斜入射。
由于不论对p 还是s ，在忽略吸收条件下都有
R+T=1(2-10)
因此，知道R 后，便可求得T 不必再直接计算。 3、单层膜的反射率
考虑在基片上单层膜平行平面薄膜的情况。光线入射时，会在界面I 和界面 上产生多光束干涉，.对这种情况下计算器反射率可以发现，可把它看做是单一界面的情况，即可以把
012
n n n --的单层膜系统看做
0n Y
-的单一界面来处理，并且仍然可以用（2-9）式来
计算反射率R 。Y 称为单层膜系统的有效导纳。为了计算方便，我们采用矩阵法。单层膜系个各光学参数间的关系可用矩阵表示为：
111211
1sin cos 1sin cos i B C i δδηηηδ
δ??
???? ?= ?
?
????? ??? (3-1)
等式右边2x2矩阵为膜层
1
n 的特征矩阵，其中
1111
2cos n d π
δ?λ
=
(3-2)
称为
1
n 膜层的相位因子，i 为虚数单位，2x1矩阵称为基底为
2
n 的特征矩阵。等式右边的矩
阵称为膜系的特征矩阵，膜系的有效导纳Y 由此矩阵的两个矩阵元决定，
C
Y B =
(3-3)
由此单层膜的反射率为
2
00Y R Y ηη??-= ?
+?? (3-4)
4、多层膜的反射率
对于多层介质膜系，也可以把膜层
12,,......k
n n n 和基底
g
n 等效成有效导纳为Y 的单一界
面，此时（3-3）式仍然成立，而（3-1）式对应改为
11k
i i g B M C η=????=∏ ? ????? (3-5)
其中
sin cos sin cos i i i i i
i i i M i δδηηδ
δ?
?
?
=
? ??? (3-6)
为第i 层的特征矩阵。即整个膜系的所有光学参数及其相对反射特性的影响取决于各膜层的
特征矩阵的乘积。
在相位因子
i δ中，我们称cos i i i n d δ为第i 层的光学厚度，当它是/4λ的时候，膜层
叫/4λ层。若每层的光学厚度都是/4λ的整数倍，则整个膜系叫做/4λ膜系。我们用字母的排列“GHLH …”表示膜系的情况，其中，H 、L 分别代表光学厚度为/4λ的高、低折射率膜层，G 为基片。对cos /4
i i i n d δλ=的膜系，
/2i δπ=，cos 0i δ=，该层对应的特征
矩阵为
00i i i
i M i ηη?? ?= ? ??? (3-7)
满足这一条件的单层膜与基底
g
η构成的膜系有
010g
i i g
i
i
i i B C i i ηηηηη
η??
?
????? ? ?== ? ? ? ????? ? ?
???? (3-8)
所以
g
i g
C Y B ηη==
(3-9)
设
01
n =，正入射时，
2
22
02011i
g i g
Y R Y ηηηηηη??-
???- ?== ?
?+??
+ ?
?? (3-10)
若
i g
n n >则
g
Y n >，R 为极大值，这样的/4λ层为高反射层，若
i g
n n <，则
g
Y n <，R
为极小值，这样的/4λ为低反射层。当cos i i i
n d δ为/4λ的偶数2m 时，
(1,2,...)m m δπ==，所以
cos 1,sin 0
i i δδ=±=，这时该层的特征矩阵为
1001??
± ??? (3-111)
这是一个单位阵，它对波长λ没有影响，在计算时，可以看做是虚设层，但应注意，对其他波长而言它就不是虚设层了。全介质/4λ膜系构成高反射膜。它的反射率随波长变化情况在计算中没有考虑光从空气中入射到玻璃基片时的透过率的损失。
5、膜厚的监控
准确地控制每一层介质膜的厚度是制备多层介质膜的关键。一般膜层厚度的允许误差的最好小于2%,偶尔允许到5%，本实验采用极值法进行膜厚度监控。当膜厚的光学厚度
0λ/4
的整数倍时，薄膜的透射率或反射率出现极值，即薄膜的透射率与反射率随膜厚呈周期性的变化。选定控制波长后，将通过监控片的光信号用光电探测器接收，再用放大器显示出来。电信号从每个极大到极小所对应的膜厚度为0λ/4，反之，电信号从每个极小到每个极大所
对经的厚度也是
0λ/4。
实验仪器与实验内容：
实验设备如图，其操作原理电子枪蒸发源加热使得H （硫化锌ZnS nh=2.35）L(冰晶石 Na3AlF6)的材料分别挥发到了基片上冷凝附着，光源射出的光通过斩波器后变成波长在632.8nm 左右的单色光，经过基片，与基片表面上的膜发生干涉作用，透过的光强有所改变，当薄膜厚度在1/4波长时有极值出现，表现为光强的大小有极值。在通过反射镜，放射至单色仪上，单色仪分离掉其他光束（632.8nm 之外的）再经过光电倍增管，把光信号转化为电信号，并于膜厚控制仪上显示。当出现极值时，也就是1/4波长出现的时刻。此时换L 和H 的镀膜
图1 实验仪器示意图
实验步骤：
1、抽真空前的准备工作
用吸尘器吸净中招内的杂质与灰尘，在舟1、舟2内方硫化锌，舟3、舟4内方冰晶石，用酒精洗干净玻璃片后放入钟罩内置基片的地方。
2、抽真空
先用机械泵将系统和钟罩内抽真空至7Pa后，用已经预热过的扩散泵抽真空。在压强低于7*后对舟1、2、3、4进行预熔。
3、镀膜
预熔后开始镀制11层全介质干涉膜。膜系为HLHLH2LHLHLH。在镀膜的过程中，观察光电流的走向，当出现极值点时，应及时更换镀膜材料。镀膜完毕，待镀膜机冷却后，方可将镀膜片取出。
4、测量
用分光光度计测量窄带滤光片的透过率曲线，在曲线上标出峰值波长、半高宽和最大透过率，。
（光路示意图如图2）
数据处理与数据结果分析：
1、干涉滤光片的镀制（H为高折射率，L为低折射率）
当膜层的光学厚度为
/4
o
λ
的整数倍时，薄膜的透射率出现极值，即薄膜的透射率与反
射率随膜厚度成周期性的变化。从而让我们可以通过光学极值法来检测膜的厚度，以便于更好的控制膜厚度。
2、膜系HLHLHL2HLHLHLH的透射率曲线在附页上
滤光片的一些重要参数：
λ0=689nm T MAX=90.9% Δλ/λ=1.57%
误差分析：
1）实验是通过λ/4极值法来控制膜的厚度，但由于观测和反应以及实验仪器精确度等
原因，并不能保证正好在光学厚度为/4
o
λ时保证停止镀当前镀膜层。
2）在实验过程中一直蒸发冰晶石和硫化锌来镀膜，必然导致在镀膜过程中气体压强有所影响，而镀膜实验应该是要在外界环境不变的条件下经行的，从而使实验产生误差。
3）在镀膜的过程中，虽然已经用挡板将蒸发物挡住，但蒸发物不能立即冷却还在蒸发，会使接下来所镀的膜不纯，影响透射率
结论：
本实验利用真空镀膜机，在机械泵和油扩散泵的配合下创造高真空条件，并利用λ/4极值法镀（HL）22H(LH)2膜系，并利用TU-1221双光束紫外和可见光分光光度计测量绘得透过率-波长曲线。所测得峰值波长为689.00nm。
一、参考文献
熊俊《近代物理实验》北京师范大学出版社
篇一：材料分析方法实验报告 篇二：材料分析方法课程设计报告 材料分析测试方法 课程设计（论文） 题目：磁控溅射c/w多层膜成分及微观分析 学院材料科学与工程 专业材料化学 班级材化082 学生王维娜 学号 3080101296 指导教师陈迪春 起止时间 2010.12.27-2011.1.1 年 材料分析测试方法课程设计任务书 课程设计内容要求： 掌握高分辨透射电子显微镜样品制备方法，学习并了解真空镀膜 技术-磁控溅射技术，多层膜制备过程，以及其微观结构分析，成分 分析所用仪器和原理。 学生（签名） 月日 材料分析测试方法课程设计评语 指导教师（签名） 年日 目录 材料分析测试方法 ............................................................................. .. (1) 1.1 磁控溅射 ............................................................................. (5) 1.2 x射线衍射仪 ............................................................................. . (5) 1.3 透射电子显微镜 ............................................................................. (6) 1.4 x射线光电子能谱仪（xps） ........................................................................ (7) 第二章实验方法 ............................................................................. .. (9) 2.1 tem样品的制备方法 .............................................................................
真空镀膜实验报告 摘要：本实验在获得真空环境的基础上，在真空室内进行镀膜。在实验中需要复习获得真空的步骤和注意事项，学会使用蒸发镀膜设备，和在玻璃上镀锡的操作方法。 关键词：真空镀膜 蒸发镀膜 引言： 真空镀膜又叫物理气相沉积，它是利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质从源物质到薄膜的可控的原子转移过程。物理气相沉积技术中最为基础的两种方法就是蒸发法和溅射法。在薄膜沉积技术发展的最初阶段，由于蒸发法相对于溅射法具有一些明显的优势，包括较高的沉积速度，相对较高的真空度以及由此导致的较高的薄膜质量等，因此蒸发法受到了相对教大程度的重视。但另一方面，溅射法也有自己的优势，包括在沉积多元合金薄膜时化学成分容易控制，沉积层对衬底的附着力较好等。 真空镀膜的操作是将固体材料置于真空室内，在真空条件下，将固体材料加热蒸发，蒸发出来的原子或分子能自由地弥布到容器的器壁上。当把一些加工好的基板材料放在其中时，蒸发出来的原子或分子就会吸附在基板上逐渐形成一层薄膜。 正文： 一、实验原理 1、真空泵简介 （1）机械泵 机械泵通过不断改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀压缩从而获得真空，常用的是旋片式机械泵。它主要由定子、转子、旋片、弹簧等组成。机械泵的极限真空度为Pa 1 10 ，它主要由机械泵油的饱和蒸汽压和泵的机械加工精度决定的。当达到极限真空度时，抽气和漏气的速度相等，真空度不再变化。如果将两个机械泵组合起来，可以将真空度提高一个数量级。
旋片式机械泵使用注意： 1） 检查油槽中油液面的高度是否符合规定，机械泵转子的转动方向与规定方向是否一 致； 2） 机械泵停止工作时，要立即使进气口与大气相通，防止回油现象。这步由机械泵上 的电磁阀自动进行。 3） 机械泵不宜工作过长，否则会影响使用寿命。 （2）扩散泵 扩散泵利用气体扩散现象来抽气的。利用高速定向喷射的油分子在喷嘴出口处的蒸汽流中形成一低压，将扩散进入蒸汽流的气体分子带至泵口被前级泵抽走。 扩散泵使用注意： 启动压强低于1Pa ，保证绝大部分的气体分子以定向扩散形式进入高速蒸汽流，高压会导致一些副反应的发生，影响真空的形成。扩散泵一般能达到－5到－7的压强数量级。 2、真空的测量 测量真空的装置称为真空计，常用的油热耦真空计和电离真空计。 热耦真空计可以测量0.1～10Pa 的压强，利用低压下气体的热传导与压强成正比的原理；电离真空计利用电子与气体分子碰撞产生电离电流随压强变化的原理制成，可测量范围是10的－1～－6数量级。注意，电离真空计必须在0.1Pa 一下使用，否则会损坏装置。 3、蒸发镀膜 蒸发镀膜是在真空中通过电流加热，电子束轰击加热和激光加热等方法，使薄膜材料蒸
真空镀膜机安全操作规程 一．开机前作到： 1.检查工作环境清洁、干净。 2.检查电线无破损，接地牢固。 3.检查真空室、镀膜转架及工位器具清洁、无油污。 4.机械泵、罗茨泵油位过半。 5.检查四只阀加注满3#真空脂，真空室转轴加注满3#真 空脂。 6.罗茨泵转轴处油杯加满机械泵油。 7.准备相关工位器具，适量J-7钨丝、ABOO型99.99％ 的铝丝。 8.接通水、气、电，气压0.5-0.6Mpa，水压0.3-0.4Mpa。二．操作要点： 1.通电，开启机械泵，3分钟后开启阀3，开扩散泵，预 热1-1.5小时。 2.镀膜转架装夹产品、铝丝、钨丝，转架进烘箱预热（温 度、时间符合工艺）。 3.开阀4，开启真空室，转架进真空室，卡销定位，试转 动平稳无异常振动。 4.关闭真空室，关阀4，关阀3，开阀2，开始抽气，开 启复合真空计。 5.当真空度达至-0.1Mpa时，开启罗茨泵。
6.当真空度达到1-1.5Pa（52-64格）时，关阀2，开阀3， 开阀1。 7.当真空度达到2×10-2Pa时，开启转动（转速符合工艺）， 分二次进行蒸镀（电压、时间符合工艺），蒸镀结束关 复合真空计。 8.停止蒸镀0.5-1分钟后关转动，关阀1，关罗茨泵。 9.开阀4，开真空室，拉出镀膜转架，取下成品，换装待 镀产品，装上铝丝，进行下次工作。 10.严守开关阀、泵的顺序步骤，防止损坏设备。 11.生产中注意产品安装到位牢固。 12.注意转架电极、紧固件是否松脱，及时加固补全。 13.及时更换断裂、积球、老化的钨丝。 三．关机及保养： 1.拉出转架后，关扩散泵，冷却1-1.5小时，后关阀3， 关机械泵。 2.关整机电源，关冷却水、关高压空气。 3.每星期检查清洁镀膜转架工装。 4.每三个月检查更换机械泵油。 5.每六个月检查更换罗茨泵油、扩散泵油。 制定：王思忠审批： 时间：2002.09.10 时间：
真空镀膜实验 一、 实验目的 真空镀膜技术广泛地应用在现代工业和科学技术中，光学仪器的反射镜，增透镜，激光器谐振腔的高反射膜，计算机上存储和记忆用的磁性薄膜，以及材料表面的超硬薄膜。此外在电子学、半导体等其它各尖端学科也都采用了真空技术。 本实验的目的是学习真空蒸发镀膜技术。通过本门实验，要求学生掌握如下几点：①较系统了解真空镀膜仪器的结构；②了解真空系统各组件的功能；③了解石英晶体振荡器测厚原理；④掌握真空蒸镀的基本原理；⑤了解真空镀膜仪器的基本操作。 二、预习要求 要求学生在实验之前对真空系统有一定了解，可以通过以下几本相关书籍获得相关信息。《薄膜材料制备原理、技术及应用》—— 唐伟忠著，冶金工艺出版社出版社；《薄膜物理与技术》—— 杨邦朝，王文生编著，电子科学出版社；《薄膜技术》—— 王力衡，清华大学出版社；《薄膜技术》—— 顾培夫，浙江大学出版社；《真空技术物理基础》—— 张树林，东北工学院出版社；《真空技术》—— 戴荣道，电子工业出版社。 三、实验所需仪器设备 实验过程需要的主要设备为DMDE 450型光学多层镀膜机。 真空镀膜机：本实验使用DMDE-450光学多层镀膜机，其装置结构如图3所示。它主要由真空系统、蒸发设备及膜厚监控系统组成。真空系统由各种真空器件组成，主要包括：真空室；真空泵（机械泵、和分子泵）；真空导管；各种真空阀门和测量真空度的真空计等。高真空阀门为碟式，机械泵与分子泵的连通阀门为三同式，将阀门拉出时，机械泵可以直接对镀膜室抽气，推入时机械泵与分子泵连通，同时也切断了机械泵与镀膜室的连接。 蒸发系统由真空钟罩，蒸发电极（共有二对）， 活动挡板，蒸发源，底盘等组成。蒸发源安装在电 图3镀膜机装置图 1电离管 2高真空碟阀 3分子泵 4机械泵 5低真空磁力阀 6储气桶 7低真空三同阀 8磁力充气阀 9热偶规 10钟罩 11针型阀
近代物理实验报告 实验题目： 1 真空获得与真空测量 2 热蒸发法制备金属薄膜材料 3 磁控溅射法制备金属薄膜材料班级： 学号： 学生姓名： 实验教师： 2010-2011学年第1学期
实验1真空获得与真空测量 实验时间： 地点： 指导学生： 【摘要】本实验采用JCP-350C 型热蒸发/磁控溅射真空镀膜机，初步了解真空获得与测量的方法，熟悉使用镀膜机的机械泵和油扩散泵，能用测量真空的热偶真空计和电离真空计等实验仪器，掌握真空的获得和测量方法。 【关键词】镀膜机；机械泵；扩散泵；真空获得和测量 一、实验目的 1.1、学习并了解真空科学基础知识，学会掌握低、高真空获得和测量的原理及方法； 1.2、熟悉实验设备和仪器的使用。 二、实验仪器 JCP-350C 型热蒸发/磁控溅射真空镀膜机。 三、真空简介 3.1真空 “真空”这一术语译自拉丁文Vacuo ，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空 间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。 3.2真空的等级 真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。1958年，第一界国际技术 会议曾建议采用“托”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。我国采用SI 规定。 ● 1标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕) ● 1Torr≈1/760atm≈1mmHg ● 1Torr≈133Pa ● 我国真空区域划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空。 ● 粗真空 Pa 35103331~100131???? ● 低真空 Pa 13103331~103331-???? ● 高真空 Pa 61 103331~103331--???? ● 超高真空 Pa 106103331~103331--???? ● 极高真空 Pa 10103331-??< 3.3获得真空的意义 获得真空不仅在科研、教学、工业以及人类生活中应用起到很大的作用，而且给人类的 整个社会文明的进步、财富创造以及科技创新都具有重大的意义。 3.4真空技术的应用 随着真空获得技术的发展，真空科学的应用领域很广，目前已经渗透到车辆、土木工程 呢、机械、包装、环境保护、医药及医疗机械、石油、化工、食品、光学、电气、电子、原
实验磁控溅射法制备薄 膜材料 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-
实验4 磁控溅射法制备薄膜材料 一、实验目的 1. 掌握真空的获得 2. 掌握磁控溅射法的基本原理与使用方法 3. 掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法 二、实验原理 磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增加了与气体分子碰撞的几率。用高能粒子(大多数是由电场加速的气体正离子)撞击固体表面(靶)，使固体原子(分子)从表面射出的现象称为溅射。 1. 辉光放电： 辉光放电是在稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所采用的辉
光放电方式有所不同，直流二极溅射利用的是直流辉光放电，磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。 如图1（a）所示为一个直流 气体放电体系，在阴阳两极之间 由电动势为的直流电源提供电压 和电流，并以电阻作为限流电 阻。在电路中，各参数之间应满 足下述关系： V=E-IR 使真空容器中Ar气的压力保持一定，并逐渐提高两个电极之间的电压。在开始时，电极之间几乎没有电流通过，因为这时气体原子大多仍处于中性状态，只有极少量的电离粒子在电场的作用下做定向运动，形成极为微弱的电流，即图(b)中曲线的开始阶段所示的那样。 图1 直流气体放电 随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快，即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。
材料的低温物性与测试技术 一、电阻测量方案 1.实验装置及基本测量线路（采用四引线方法）： 2.实验步骤: 样处理与电极制作:将试样切成长方形的薄条，上、下两面磨平。在每个样品的一面制作四根电极引线，电极的制作可采用真空镀膜（银膜或铝膜）、铟压或银胶（注：这里采用银胶法）。若需要计算样品的 真空室 卷烟纸 和电绝缘） 实验装置及基本测量线路图
电阻率，需记录样品的几何参数。 安装样品：将接有引线的试样的另一面涂上少量低温胶，通过卷烟纸（另一面也涂有少量低温胶）贴到恒温块上。同时可安装三个样品。通过卷烟纸和低温胶可保证试样与恒温块有良好的热接触和电绝缘。然后将电极引线与测量引线一一焊接，并记录好引线的标号。 建立测试线路：熟悉仪器，检查所有接线，包括每一个样品的电流、电压引线，温度计引线等，确认哪些该通，哪些不该通，哪些有阻值等等。 在室温下进行测量，确认整个恒温器系统和测试线路能够正常运行。将恒温室密封，抽真空，再进行一次测量。 降温与升温：启动制冷机，可以在降温过程中观察现象。关掉制冷机开关，温度升高至室温，此过程进行数据测量，并记录下来。电阻数值可直接由台式万用表读出。 实验数据处理：温度数值可由标准电阻阻值确定。由样品电阻和温度数据给出R-T实验曲线。 结果讨论：结合实验结果讨论半导体、金属和合金材料的电阻率与温度的关系有何不同，并说明导致不同的原因（实验报告：每组一份！）。 二、样品电极制备 1．样品清洗 1）将样品放如入丙酮溶液的玻璃容器内进行超声清洗5分钟； 2）再将样品放入盛有HF溶液的塑料容器内中浸泡10分钟，取出后
用去离子水清洗，烘干后待用。 2．电极制备 1）将香少许香蕉水（或丙酮）倒入放有导电银胶的玻璃容器内，使干燥的导电银胶溶解成糊状以待用； 2）取四根铜丝，每根铜丝两头用小刀或砂纸去掉漆包漆； 3）用牙签蘸少许导电银胶将铜丝固定在样品上，烘干后样品电极即制备完成。 4）最后将每根铜丝电极的另一头焊接在相应的金属电极上，用万用表测量电极连接情况。 实验数据处理和分析： 由实验的铑铁温度计的电阻与温度的关系查表得到各点温度值并与待测的金属、半导体和合金的电阻做出R-T关系曲线，实验数据和作图附在最后，由图像观察到金属的电阻随温度的下降而下降，并呈现良好的线性关系，而半导体与合金的电阻随温度的下降而上升。 由于半导体和合金电阻率主要由载流子浓度决定，而载流子浓度随温度上升而增加，故电阻率减小。 金属电阻主要由自由电子决定，温度升高自由电子数目增加，故电阻率增加 实验误差的分析： 1.有于降温速度过快而造成测量的不准确，这应该是降温曲线和升温曲线不完全重合的主要原因 2.测量这几个电阻有先后顺序，期间温度发生了变化
实验一 真空蒸发和磁控溅射制备薄膜 姓名：许航 学号：141190093 姓名：王颖婷 学号：141190083 系别：材料科学与工程系 专业：材料物理 组号：A9 实验时间：3月16号 本实验主要介绍真空蒸发、磁控溅射两种常用而有效的制备薄膜的工艺，以便通过实际操作对典型的薄膜工艺的原理和基本操作过程有初步的了解。 一、 实验目的 1、 通过实验掌握磁控溅射、真空蒸发制备薄膜的基本原理，了解磁控溅射、真空蒸发制备薄膜的过程 2、 独立动手，学会利用磁控溅射、真空蒸发技术制备薄膜 3、 通过本实验对真空系统、镀膜系统以及辉光放电等物理现象有更深层次的了解 二、 实验原理 薄膜作为一种特殊形状的物质，与块状物质一样，可以是非晶态的，多晶态的和单晶态的。它既可用单质元素或化合物制作，也可用无机材料和有机材料制作。近年来随着薄膜工艺的不断进步和完善，复合薄膜和功能材料薄膜也又很大的发展，因此薄膜技术和薄膜产品已在机械、电子、光学、航天、建材、轻工等工业部门得到了广泛的应用，特别是在电子工业中占有极其重要的地位。例如光电极摄像器件、各种集成电路器件、各种显示器、太阳能电池及磁带、磁头等各种转化器、传感和记录器、电阻器、电容器等都是应用薄膜。目前，薄膜工艺不仅成为一门独立的应用技术，也是改善材料表面性能和提高某些工艺水品的重要手段。 1、 真空蒸发制备薄膜原理 真空蒸发镀膜是把待镀膜的衬底或工件置于高真空室内，通过加热使成膜材料气化（或升华）而淀积到衬底上，从而形成一层薄膜的工艺过程。 因为真空蒸发镀膜的膜层质量与真空室的真空度、膜料蒸发温度和衬底的温度都有很大的关系，因而在实验过程务必严格控制各个环节。下面讨论一下影响蒸发镀膜质量的主要因素和成膜的原理。 （1）、真空度 为了同时保证膜层的质量和生产效率及成本，通常要选择合理的真空度。在镀膜过程中，抽真空后处在同一温度下的残余气体分子相对于蒸发出的膜料分子（原子）可以视作静止，可以得到膜料分子（原子）在残余分子中运动的平均自由程： '2 1()n r r λπ=+ p n k T = n 为残余气体分子的密度，r’为残余气体分子半径，r 为蒸发膜料分子的半径，p 为残余气体的压强，k 为玻尔兹曼常数。若蒸发源到衬底的距离为L （cm ），为使得膜料分子中的大部分不与残余气体分子碰撞而直接到达衬底表面，则一般可以取平均自由程10L λ≥，这样：
得分教师签名批改日期深圳大学实验报告 课程名称：近代物理实验 实验名称：真空镀膜 学院：物理科学与技术学院 组号指导教师： 报告人：学号： 实验地点实验时间 实验报告提交时间：
一．实验目的 1．、直接地接触薄膜材料，对薄膜材料有一个直观的感性认识； 2．了解和学会直流磁控溅射制备金属薄膜的原理和方法； 3．了解清洗基片和测量薄膜膜厚的方法。 二．实验仪器 直流磁控溅射镀膜机；气体质量流量计；数显复合真空计；超声波清洗器；石英晶体振荡膜厚监控仪；氩气；K9玻璃基片等。 三．实验原理 一、真空的获得和测量 1．真空的获得 各级真空，均可通过各种真空泵来获得．不同的真空泵，都不可能在整个真空范围内工作，有些泵可直接从大气压下开始工作，但极限真空度都不高，如机械泵和吸附泵，通常这类泵用作前级泵；而有些泵则只能在一定的预备真空条件下才能开始正常工作，如扩散泵、离子泵等，这类泵需要前级泵配合，可作为高真空泵．一般利用分子泵－机械泵组来获得10-2Pa以上的高真空。本实验真空系统的主泵选分子/增压泵，前级泵选用直联高速旋片式机械泵。 （1）机械泵: 获得低真空常用的方法是采用机械泵．机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空的泵．机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵．机械泵可以从大气压开始工作，常被用来获得高真空泵的前缀真空和高真空系统的预备真空。通常，机械泵的极限压强为1×10-1 Pa． （2) 分子/增压泵：最早用来获得高真空的泵是扩散泵，目前依然广泛使用． 2.．真空的测量 测量真空度的装置称为真空计或真空规．由于被测量的真空度范围很广，真空计的种类很多．根据气体产生的压强、气体的粘滞性、动量转换率、热导率、电离等原理制成了各种真空计．本实验选用数显复合真空计来测量镀膜室内的真空度，测量范围：1×105Pa～1×10-4Pa。 二、基片的清洗方法 基片上的污染物会影响在它上面形成的薄膜的性质。对于玻璃基片，清洗的方法有若干种：1.用化学溶剂等清洗的方法 如果玻璃表面的污染物质是一般的油类时，也经常用化学溶剂来把油脂溶解掉。最标准的化学溶剂是罗铬酸和硫酸混合液（把重铬酸溶解于浓硫酸使之达到饱和的溶液在室温用几个小时，若是接近沸腾状态的溶液只要用几分钟，就能把严重的污染清洗干净，但是，一般因玻璃种类而异，大多数光学玻璃手酸或碱侵蚀时，在玻璃表面就会产生由二氧化硅骨架形成的所谓腐蚀斑痕。而且由于这种混合液含有铬离子，故废液的处理很麻烦，因此，最近，大多采用处理半导体的强碱溶液。在玻璃污染不是很严重的时候，依次浸入丙酮、酒精、流水的方法也是有效的。使用化学溶剂时，最后玻璃要用流水进行充分的冲洗，并且随后从沸水或者沸腾的酒精中取出来，迅速进行干燥，等等。这些都是有效的措施。 2、超声波清洗 若使超声波在液体中传播，则在液体中就会产生空穴又产生又消失的现象（气穴效应），这是空穴内的压力，瞬时局部地升高，如果作用到放在液体中的固体表面，就产生局部升温和局部高速流动，结果就将固体表面洗净。这就是超声波清洗的原理。该方法对于除去油脂
物理学本科专业近代物理实验报告 实验题目： 1 真空获得与真空测量 2 热蒸发法制备金属薄膜材料 3 磁控溅射法制备金属薄膜材料 班级：*** 学号：*** 学生姓名：*** 实验教师：*** 2014-2015学年第1学期
实验1真空获得与真空测量 地点：福煤实验楼D 栋405 【摘要】本文介绍了真空技术的有关知识，阐述了低真空和高真空的获得与测量方法。 【关键词】机械泵；扩散泵；真空技术；低真空；高真空；获得与测量 1．实验目的 （1）了解真空技术的基本知识。 （2）掌握真空获得和测量的方法。 （3）熟悉有关设备和仪器的使用方法。 2. 实验原理 2.1真空知识 2.1.1真空的概念及真空的区域划分 “真空”这一术语译自拉丁文Vacuo ，其意义是虚无。所谓真空，指的是压强比一个标准大气压更低的稀薄气体状态的空间。气体稀薄的程度称为真空度，通常用气体压强的大小来表示。气体越稀薄，气体压强越小，真空度越高；反之，则真空度越低。 1958年，第一界国际技术会议曾建议采用“托”(Torr )作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa )。我国采用SI 规定。 ● 1标准大气压(1atm)≈1.013×105Pa(帕) ● 1Torr≈1/760atm≈1mmHg ● 1Torr≈133Pa 我国真空区域划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空和极高真空。 ● 粗真空 Pa 3 5103331~100131???? ● 低真空 Pa 1 3 103331~103331-???? ● 高真空 Pa 61103331~103331--???? ● 超高真空 Pa 106 103331~10 3331--???? ● 极高真空 Pa 10 103331-??< 2.1.2真空技术的发展及应用 十九世纪初，利用低真空产生压力差的原理发明了真空提升、真空输送、吸尘、过滤、成形等技术。1879年爱迪生发明白炽灯，抽出灯泡中化学成份活泼的气体(氧、水蒸汽等)，防止灯丝在高温下氧化．同年，克鲁克斯发明阴极射线管，第一次利用真空下气体分子平均自由程增大的物理特性．后来，在电子管、电视管、加速器、电子显微镜、镀膜、蒸馏等方面也都应用了这一特性．1893年发明杜瓦瓶，这是真空绝热的首次应用． 真空技术在二十世纪得到迅速发展，并有广泛的应用。二十世纪初，在真空获得和测量的设备方面取得进展，如旋转式机械泵，皮氏真空计，扩散泵，热阴极电离真空计的发明，为工业上应用高真空技术创造了条件．接着，油扩散泵，冷阴极电离真空计的出现使高真空
竭诚为您提供优质文档/双击可除 磁控溅射实验报告 篇一：薄膜实验报告,磁控溅射与高真空成膜 电子科技大学 实验报告 姓名：郭章 学号：20XX054020XX2 指导教师：许向东 日期：20XX年6月12日 一，实验室名称：光电楼薄膜制备实验室 二，实验项目名称： 有机多功能高真空成膜设备的使用及其注意事项 三，实验原理 有机oLeD器件的制备流程分为：ITo玻璃清洗→光刻→再清洗→前处理→真空蒸镀有机层→真空蒸镀背电极→真空蒸镀保护层→封装（1）ITo玻璃的洗净及表面处理：ITo 作为阳极其表面状态直接影响空穴的注入和与有机薄膜层间的界面电子状态及有机材料的成膜性。如果ITo表面不清
洁，其表面自由能变小，从而导致蒸镀在上面的空穴传输材料发生凝聚、成膜不均匀。也有可能导致击穿，使面板短路。 对洗净后的ITo玻璃还需进行表面活化处理，以增加ITo 表面层的含氧量，提高ITo表面的功函数。也可以用比例为水:双氧水:氨水=5:1:1混合的过氧化氢溶液处理ITo表面，使ITo表面过剩的锡含量减少而氧的比例增加，以提高ITo 表面的功函数来增加空穴注入的几率，可使oLeD器件亮度提高一个数量级。 （2）有机薄膜的真空蒸镀工艺：LeD器件需要在高真空腔室中蒸镀多层有机薄膜，薄膜的质量关系到器件质量和寿命。在高真空腔室中设有多个放置有机材料的坩埚，加热坩埚蒸镀有机材料，并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。有机材料的蒸发温度一般在170℃～400℃之间、ITo样品基底温度在40℃～60℃ （3）金属电极的真空蒸镀工艺：金属电极仍要在真空腔中进行蒸镀。金属电极通常使用低功函数的活泼金属，因此在有机材料薄膜蒸镀完成后进行蒸镀。金属电极材料的蒸发一般用加热电流来表示，在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验，实验结果表明，金属电极材料的蒸发加热电流一般在20A～50A之间。 （4）器件封装工艺：LeD器件的有机薄膜及金属薄膜遇水和空气后会立即氧化，使器件性能迅速下降，因此在封装
文件编号：GD/FS-9694 （操作规程范本系列） 真空镀铝机安全操作规程 详细版 The Daily Operation Mode, It Includes All The Implementation Items, And Acts To Regulate Individual Actions, Regulate Or Limit All Their Behaviors, And Finally Simplify Management Process. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
真空镀铝机安全操作规程详细版 提示语：本操作规程文件适合使用于日常的规则或运作模式中，包含所有的执行事项，并作用于规范个体行动，规范或限制其所有行为，最终实现简化管理过程，提高管理效率。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 1 目的：为了减少直至消除违章操作造成的工伤安全事故，为了减少直至消除违章或不规范操作对设备造成的损害，特制定本文件，为操作镀铝机提供正确指引。 2 范围：适用于本公司钟南街厂区所有镀铝机。 3 职责： 3.1 机长和辅助：执行本文件规定项目和内容。 3.2 主管：监督当班人员按本文件规定执行，负责日常巡查和纠正违章操作。 3.3 设备管理部：负责全厂区范围内巡回检查，
发现和取证各车间违章操作行为。 4 操作具体要求： 4.1工作准备 按本设备使用说明的各项要求，检查设备的供电、供水、供气、油位等各部分状态是否正常，保证三相电压＞370V,保证油水分离器处的气压＞ 0.55Mpa、冷却水进水压力＞0.2Mpa（LDL5的水压≥0.15 Mpa），＜0.3 Mpa,确保其通畅、可靠和安全。［备注：交接班时，关闭V2、V6 V1、V5后开启滑阀泵、打开气镇阀进行气镇半小时再关闭气镇阀（也可以在关闭V1、V5而且真空度≤90Pa（9×103）的情况下进行），并经常排放滑阀泵内的冷凝水,1-7月排放1次/3小时间;7-12月排放1次/5小时。 4.2 镀膜准备工作
近代物理实验报告 真空镀膜实验 学院 班级 姓名 学号 时间 2014年4月20日
真空镀膜实验实验报告 【摘要】： 真空镀膜也叫物理气相沉积（PVD：physics vaporous deposit），它是利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质从源物质到薄膜的可控的原子转移过程。物理气相沉积技术中最为基础的两种方法就是蒸发法和溅射法。本实验中用到的是蒸发镀膜法来进行真空镀膜，从而了解真空镀膜的原理和操作。 【关键词】：真空镀膜、蒸发镀膜法 【引言】：真空镀膜也叫物理气相沉积（PVD：physics vaporous deposit），它是利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质从源物质到薄膜的可控的原子转移过程。物理气相沉积技术中最为基础的两种方法就是蒸发法和溅射法。在薄膜沉积技术发展的最初阶段，由于蒸发法相对溅射法具有一些明显的优点，包括较高的沉积速度，相对较高的真空度以及由此导致的较高的薄膜质量等，因此蒸发法受到了相对较大程度的重视。但另一方面，溅射法也具有自己的一些优势，包括在沉积多元合金薄膜时化学成分容易控制，沉积层对衬底的附着力较好等。同时，现代技术对于合金薄膜材料的需求也促进了各种高速溅射方法以及高钝靶材，高钝气体制备技术的发展，这些都使得溅射法制备的薄膜质量得到了很大的改善。如今，由于气相中各组分能够充分的均匀混合，制备的材料组分均匀，易于掺杂，制备温度低，适合大尺寸薄膜的制备，并且能够在形状不规则的衬底上生长薄膜等优点，不仅上述两种物理气相沉积方法已经大量应用于各个技术领域之中，而且为了充分利用这两种方法各自的优点，还开发出了许多介于上述两种方法之间的新的薄膜沉积技术。 【正文】 一、实验原理 真空镀膜是在真空室中进行的（一般气压低于1.3×10-2Pa），当需要蒸发的材料（金属或电介质）加热到一定温度时，材料中分子或原子的热振动能量可增大到足以克服表面的束缚能，于是大量分子或原子从液态或直接从固态（如SiO2、ZnS）汽化。当蒸汽粒子遇到温度较低的工件表面时，就会在被镀工件表面沉积一层薄膜。
梁变形实验报告 （1）简支梁实验 一、实验目的 1、简支梁见图一，力f在跨度中点为最严重受力状态，计算梁内最危险点达到屈服应力 时的屈服载荷fs； 2、简支梁在跨度中点受力f=1.5kg时，计算和实测梁的最大挠度和支点剖面转角，计算 相对理论值的误差； 3、在梁上任选两点，选力f的适当大小，验证位移互等定理； 4、简支梁在跨度中点受力f=1.5kg时，实测梁的挠度曲线（至少测8个点挠度，可用对 称性描点连线）。 二、试件及实验装置 简支梁实验装置见图一，中碳钢矩形截面梁，屈服应力 ?s?360mpa，弹性模量 e=210gpa。 图一实验装置简图 百分表和磁性表座各1个；砝码5个，各砝码重0.5kg；砝码盘和挂钩1套，约重0.1kg； 游标卡尺和钢卷尺各1个。 三、实验原理和方法 1、求中点挠度 1 简支梁在跨度中点承受力f时，中点挠度最大，在终点铅垂方向安装百分表，小表针调 到量程中点附近，用手轻拍底座振动，使标杆摩擦力最小，大表指针示值稳定时，转表盘大 表针调零，分级加力测挠度，检验线性弹性。 2、求支点转角 梁小变形时，支点转角??挠度，代入算式求支点转角。 3、验证位移互等定理： 图二的线弹性体，f1在f2引起的位移?12上所作之功，等于f2在f1引起的位移?21上 所作之功，即：f1??12?f2??21， ? a ；在梁的外伸端铅垂方向安装百分表，加力测 若f1=f2，则有：?12??21 上式说明：当f1与f2数值相等时，f2在点1 图二位移互等定理示意图 沿f1方向引起的位移?12，等于f1在点2沿f2方向引起的位移?21，此定理称为位移互 等定理。 为了尽可能减小实验误差，重复加载4次。取初载荷f0=（q+0.5）kg，式中q为砝码盘 和砝码钩的总重量，?f=2kg，为了防止加力点位置变动，在重复加载过程中，最好始终有0.5kg 的砝码保留在砝码盘上。 四、数据记录 1、中点分级加载时，中点挠度值： 2 2、测支点转角 f=1.5kg；w（端点）=0.15mm；a=71mm 3、验证位移互等定理 f（2）=1.5kg w（5）=0.34mm f（5）=1.5kg w（2）=0.36mm 4、绘制挠曲线（中点加载f=1.5kg） 五、实验结果处理 1、计算梁的屈服载荷最危险点为中点，
实验磁控溅射法制备薄膜 材料 The final edition was revised on December 14th, 2020.
实验4 磁控溅射法制备薄膜材料 一、实验目的 1. 掌握真空的获得 2. 掌握磁控溅射法的基本原理与使用方法 3. 掌握利用磁控溅射法制备薄膜材料的方法 二、实验原理 磁控溅射属于辉光放电范畴，利用阴极溅射原理进行镀膜。膜层粒子来源于辉光放电中，氩离子对阴极靶材产生的阴极溅射作用。氩离子将靶材原子溅射下来后，沉积到元件表面形成所需膜层。磁控原理就是采用正交电磁场的特殊分布控制电场中的电子运动轨迹，使得电子在正交电磁场中变成了摆线运动，因而大大增加了与气体分子碰撞的几率。用高能粒子(大多数是由电场加速的气体正离子)撞击固体表面(靶)，使固体原子(分子)从表面射出的现象称为溅射。 1. 辉光放电： 辉光放电是在稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的，即溅射离子都来源于气体放电。不同的溅射技术所采用的辉光放电方式有所不同，直流二极溅射利用的是直流辉光放电，磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电。 如图1（a）所示为一个直流气 体放电体系，在阴阳两极之间由电 动势为的直流电源提供电压和电 流，并以电阻作为限流电阻。在电 路中，各参数之间应满足下述关 系： V=E-IR 使真空容器中Ar气的压力保 持一定，并逐渐提高两个电极之间 的电压。在开始时，电极之间几乎 没有电流通过，因为这时气体原子 大多仍处于中性状态，只有极少量 的电离粒子在电场的作用下做定向运动，形成极为微弱的电流，即图(b)中曲线的开始阶段所示的那样。 图1 直流气体放电 随着电压逐渐地升高，电离粒子的运动速度也随之加快，即电流随电压上升而增加。当这部分电离粒子的速度达到饱和时，电流不再随电压升高而增加。此时，电流达到了一个饱和值（对应于图曲线的第一个垂直段）。 当电压继续升高时，离子与阴极之间以及电子与气体分子之间的碰撞变得重要起来。在碰撞趋于频繁的同时，外电路转移给电子与离子的能量也在逐渐增加。一方面，离子对于阴极的碰撞将使其产生二次电子的发射，而电子能量也增加到足够高的水平，它们与气体分子的碰撞开始导致后者发生电离，如图(a)所示。这些过
真空镀膜操作规程 准备： 1、开启设备总电源，稳压器，确认三相供电电压正常：370— 440V； 2、开启电容补偿器； 3、确认水池冷却水水量充足（见浮标尺）打开循环水泵； 4、根据工艺要求，确定是否需要启动冷水机以及启动几台冷水机；启动 前应确认冷水机入口水压-3kg ，内部增压泵旋转正常，可采用自动或手动方式启动； 5、确认各部分冷却水循环系统完好，确认扩散泵循环水工作正 常，紧急冷却系统准备就绪； 6、确认工艺气体气压不低于20 个大气压 7、装基膜： A 、领膜：镀膜工按生产任务单要求，从净化室中领到基膜时，应立即检 查该膜是否合格，有无花纹、斑点、划伤、污迹，收卷是否整齐等直接观测到的问题，如有应立即向生产主管报告，以决定是否采用； B、装轴：操作时必须带手套，将合格的基膜放在专用膜托架上，取一对尺 寸相同的轴安装好，安装时请注意膜的正反面，确认一切准备就绪了，即可吊装。吊装时必须轻拿轻放，严禁碰撞，必须保持基膜水平，以 免膜打滑引起螺纹状； C、装膜：确认冷辊无冷凝水后，即可装膜，装膜时不要对着膜讲话，
以保持膜面干净。注意不要碰透过率分析仪的探头，装膜时应保证 膜在冷辊的中心； D、按任务书车速要求设置镀膜速度、张力； E、试卷：引膜完成后，手动预卷几圈，打开张力控制器，启动冷辊、 收卷、卷膜（其中ITO膜卷1 —2m,前档膜和建筑膜卷20m ）。仔细观察膜是否走正，启动是否容易，冷辊是否与膜同步，走速是否 平稳，膜是否变形、起皱、划伤等等，并及时处置，最后用记号笔 在放料端画起始标志线； 8、按生产任务书要求确认各靶位、布气系统、电源配置正确， 靶材量充足，确认无其他物品遗忘在真空室内或小车上，关闭真空室； 抽真空 1、扩散泵预加热（约需40 分钟）：启动维持泵，确认运转正常后，打开维持阀（灯亮），逐一打开扩散泵； 2、低抽：确认真空室门已关闭启动计算机，进入镀膜系统监控程序，充气阀关闭，启动机械泵（ 1 、2），确认机械泵正常运行后，开预抽阀，五分钟后打开复合真空计，打开罗茨泵开关， （当真空达到1500Pa 时，罗茨泵允许信号灯（红灯）亮，再延 迟25 秒后，罗茨泵自动启动）；
实验一、表面纳米化实验 一、实验设备：普通数控车床，USP-125表面加工装置，待加工钢锭。 二、实验原理：应用球形超硬材料工具头对金属工件表面进行表面强化和光整加 工，原理图如下所示： 超声波发生器产生的超声信号经过换能器变幅杆的转换和放大使球形工具头产生超声波机械振动，工具头以一定静压力对工件挤压的同时，对工件表面进行超声波冲击强化。在工具头静压力和冲击力的作用下，工件表面的微观凹、凸峰谷产生挤压塑性变形而压平表面，使得表面粗糙度降低，表面层金属组织得到强化，表面层的力学性能得以改善。 三、实验流程 1、将待加工件装夹在机床卡盘上，由于此次加工的是厚度约5mm的圆钢锭， 用螺钉在其周向均匀固定。 2、通过机床卡块将超声波加工装置固定在车床刀架上，调节高度使得硬质加 工球中心与待加工钢锭回转中心处于同一高度。 3、确认主机机箱正面开关处于管断状态，用220V电源线接通主机电源，然后 打开电源开关，主机接通电源，红色电源指示灯亮。 4、拧动电源旋钮，使液晶屏幕上的预设为合适的值，按下执行机构开关，绿 色工作指示灯亮，约为2—5秒钟后频率值较为稳定，电流值也稳定在预设值左右波动，表明设备进入正常工作状态，执行机构可以开始工作。 5、开启冷却液冷却加工球，缓慢地向零件方向进给刀架，加工球与零件表面 接触，继续进给，直至加工球对零件表面的静压力逐渐增大到预设的值。在施加静压力的过程中，电流值会变化较大，停止进给刀架后，待2—15分钟，使电流值稳定在预设值左右波动，可以开始往加工方向进给刀架，加工零件。 6、处理过程中，可随时调整静压力和振幅。由于加工参数对负载影响较大，
在加工过程中参数改变不宜过快。参数的调整也可在关闭执行机构开关后（仍保持超声波电源工作）进行。 7、结束加工，先关闭执行机构开关，再关断超声电源。 四、注意事项 1、设备工作时，操作人员如对执行机构振动声音感到不适，应佩戴防护耳塞与 防护耳套。 2、应该先用超声电源线连接超声电源与执行机构，再接通主机与220V电源。 最后按下执行机构开关。结束工作时则要先按下关闭执行机构开关，再断开主机与220V电源，最后取下超声电源线。 3、用220V电源线为主机接通电源之前，应保电源开关处于关断状态。执行 机构开关按下之前，电路调节旋钮最好不要扭到电流最大处，根据所处理材料、静压力的不同应使用相应的电流加工。 4、定期（实际加工时间超过10小时后开始）检查加工球，当加工球表面光 洁度显著降低时，应更换新的加工球，否则影响加工效果。 5、每次使用后务必将加工装置上的油污、冷却液清理干净，尤其将进入前 盖内的冷却液清理干净，否则装置内的换能器长期接触冷却液会损坏。可以每次使用后使用吹风机热风吹干冷却液。 五、实验感悟及分析 超声波表面振动加工是一种机械冲击式的压力光整加工，它利用金属在常温下的冷塑性特点，利用表面施加预紧力，加以高频超声波振动，使得原有的微观波峰熨平，，使其填入波谷，从而使工件表面质量提高。具体可表现在： 1、表面粗糙度明显降低。在强烈的高频振动下，工件表面上微观的波峰被 冲击变形、碎裂，填入波谷，原有的波峰波谷高低差值降低，使得工件 表面粗糙度显著降低，一般可降低2—4级。表面粗糙度的降低对于零件 接触面的耐磨性、防止零件表面应力集中和提高其疲劳强度都有好处。 2、工件表面金属硬化。工件表层金属在塑性变形过程中，随着冷作硬化， 表面硬度提高，一般可提高3—4倍，并且从工件表面到内部呈阶梯式逐 渐降低。与其他表面强化技术比起来，即在不改变原有材料基础上提高 了工件综合性能。
实验一磁控溅射法制备薄膜材料 一、实验目的 1、详细掌握磁控溅射制备薄膜的原理和实验程序； 2、制备出一种金属膜，如金属铜膜； 3、测量制备金属膜的电学性能和光学性能； 4、掌握实验数据处理和分析方法，并能利用 Origin 绘图软件对实验数据进行处理和分析。 二、实验仪器 磁控溅射镀膜机一套、万用电表一架、紫外可见分光光度计一台；玻璃基片、金属铜靶、氩气等实验耗材。 三、实验原理 1、磁控溅射镀膜原理 （1）辉光放电 溅射是建立在气体辉光放电的基础上，辉光放电是只在真空度约为几帕的稀薄气体中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象。辉光放电时，两个电极间的电压和电流关系关系不能用简单的欧姆定律来描述，以气压为1.33Pa 的 Ne 为例，其关系如图 5 -1 所示。 图 5-1 气体直流辉光放电的形成 当两个电极加上一个直流电压后，由于宇宙射线产生的游离离子和电子有限，开始时只有很小的溅射电流。随着电压的升高，带电离子和电子获得足够能量，与中性气体分子碰撞产生电离，使电流逐步提高，但是电压受到电源的高输
出阻抗限制而为一常数，该区域称为“汤姆森放电”区。一旦产生了足够多的离子和电子后，放电达到自持，气体开始起辉，出现电压降低。进一步增加电源功率，电压维持不变，电流平稳增加，该区称为“正常辉光放电”区。当离子轰击覆盖了整个阴极表面后，继续增加电源功率，可同时提高放电区内的电压和电流密度，形成均匀稳定的“异常辉光放电”，这个放电区就是通常使用的溅射区域。随后继续增加电压，当电流密度增加到～0.1A/cm 2时，电压开始急剧降低，出现低电压大电流的弧光放电，这在溅射中应力求避免。 （2）溅射 通常溅射所用的工作气体是纯氩，辉光放电时，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，这些被溅射出来的原子具有一定的动能，并会沿着一定的方向射向衬底，从而被吸附在衬底上沉积成膜。这就是简单的“二级直流溅射”。 （3）磁控溅射 通常的溅射方法，溅射沉积效率不高。为了提高溅射效率，经常采用磁控溅射的方法。磁控溅射的目的是增加气体的离化效率，其基本原理是在靶面上建立垂直与电场的一个环形封闭磁场，将电子约束在靶材表面附近，延长其在等离子体中的运动轨迹，提高它参与气体分子碰撞和电离过程的几率，从而显著提高溅射效率和沉积速率，同时也大大提高靶材的利用率。其基本原理示意见图 5-2。 图 5-2 磁控溅射镀膜原理 磁控溅射能极大地提高薄膜的沉积速度，改善薄膜的性能。这是由于在磁控