磁控溅射方法制备铜薄膜实验

实验磁控溅射法制备薄膜材料磁控溅射法制备薄膜材料的步骤如下：1.靶材选择：选择可以溅射制备薄膜的材料作为溅射靶材。

这些材料通常是单质金属、合金或化合物，如金、银、铜、铝、氧化物等。

2.基底处理：将制备薄膜的基底进行清洗和表面处理，以保证薄膜的附着力和质量。

3.靶材安装：将靶材安装在溅射器的靶架上。

4.真空抽气：将溅射室进行抽气，以建立良好的真空环境。

这可以防止杂质、气体和水分对薄膜质量的影响。

5.溅射气体调节：调节溅射气体（通常是氩气）的流量和压力，以维持合适的工作气氛。

6.加热基底：通过加热基底，可以提高薄膜附着力和晶体质量。

7.确定溅射条件：根据需要制备的薄膜材料，调节溅射功率、工作气氛和溅射时间等参数，以保持溅射过程的稳定和合适的溅射速率。

8.溅射过程：通过加大靶架上的电流，激发高能粒子与靶材相互作用，使靶材表面的原子蒸发并沉积在基底上。

9.薄膜测量：制备完成后，进行薄膜的物理、化学性质的测试和表征，如薄膜的厚度、表面形貌、晶体结构、成分等。

磁控溅射法制备薄膜材料具有以下优点：1.良好的控制性：可以通过调节溅射参数（如功率、压力等）来控制薄膜的结构和性质。

2.高纯度材料：由于溅射过程中没有反应，制备的薄膜材料具有高度的化学纯度。

3.多种材料选择：不仅可以制备金属薄膜，还可以制备合金、氧化物、硅等其他材料的薄膜。

4.优异的附着性：磁控溅射法制备的薄膜与基底之间具有较好的附着性，可以在多种基底上制备。

5.溅射速率高：与其他制备薄膜的方法相比，磁控溅射的溅射速率较高，制备时间较短。

磁控溅射法制备薄膜材料的应用非常广泛。

例如，浮法玻璃制备中使用的氧化物和金属薄膜、电子器件制造中的金属和半导体薄膜、太阳能电池中的透明导电膜、光学镀膜中的金属和二氧化硅薄膜等。

此外，磁控溅射法还可以用于制备多层薄膜、纳米结构薄膜以及复合薄膜等特殊结构的材料。

总结起来，实验磁控溅射法制备薄膜材料是一种简便、可控性强且应用广泛的方法。

磁控溅射法制备Cu膜摘要沉积速率高、基材温升低的磁控溅射工艺,已经成为半导体集成电路金属化工艺的主流。

本文重点对在硅晶圆上溅射金属铜薄膜的实际镀膜过程中的淀积速率进行了理论和实验研究。

结果表明淀积速率随工作气压的增大先增大后减小;随着温度增大而减小,但均匀性增强;当入射离子的能量超过溅射阈值时,淀积速率随着溅射功率的增加先增加后下降;同时还讨论了溅射功率、淀积时间对膜厚和膜质量的影响。

以上结论对于获得良好的镀膜工艺控制是很有意义的。

关键词溅射;集成电路金属化;淀积速率影响因素;最佳工艺条件Magnetron Sputtering Cu filmAbstractThe high deposition rate,substrate temperature rise of low-magnetron sputtering process, has become the mainstream of the semiconductor integrated circuit metallization process. This article focuses on theoretical and experimental research in the actual coating process of the sputtering of copper films on silicon wafers in the deposition rate. Studies have shown that the deposition rate first increases with increasing working pressure and then decreases; deposition rate decreases as the temperature increases, but the enhanced uniformity; when the incident ion energy greater than the sputtering threshold, the deposition rate With the sputtering power increased first and then decreased; and sputtering power, deposition time on the film thickness and film quality. The conclusion is very significant to get a good coating process control.Keywords M agnetron sputtering; IC metallization; D eposition rate and influencing factors; O ptimum process conditions目录第1章绪论................................................................................................... 错误!未定义书签。

欢迎阅读磁控溅射方法制备铜薄膜实验?
一、实验目的?
1．掌握物理气相沉积的基本原理，熟悉磁控溅射薄膜制备的工艺；?2．掌握磁控溅射镀膜设备的结构和原理。

?二、设备仪器?磁控溅射薄膜沉积台结构如图1所示。

?
图
1?磁控溅射镀膜机结构示意图
三、实验原理当高能粒子(电场加速的正离子，如Ar+)打在固体表面时，与表面的原子、分子交换能量，从而使这些原子、分子飞溅出来，沉积到基体材料表面形成薄膜的工艺过程。

?
四、实验内容?
掌握磁控溅射薄膜制备的气体放电理论和特性，观察气体放电现象，理解气体放电的物理过程；掌握磁控溅射膜制备的沉积原理及条件，薄膜制备过程中溅射气体的选择、溅射电压及基片电位、高纯度靶材的影响。

?
五、实验步骤?
1．准备：基体材料载玻片的清洗、烘干、装夹，铜靶材的安装；?2．方案：?。

磁控溅射制备铁掺杂氮化铜薄膜的研究摘要：铁掺杂氮化铜（CuNxFe）薄膜具有良好的磁性能和优异的导电性能，因此在磁电器件和磁存储器件等领域具有广阔的应用前景。

本研究利用磁控溅射技术制备了铁掺杂氮化铜薄膜，并对其结构、磁性和电学性能进行了深入研究。

实验结果表明，随着铁含量的增加，CuNxFe薄膜的晶粒尺寸减小，磁化强度增强，饱和磁化强度达到最大值后逐渐减小。

同时，CuNxFe薄膜的电阻率随着铁含量的增加而减小，导电性能得到显著改善。

因此，磁控溅射制备的铁掺杂氮化铜薄膜具有潜在的应用价值。

关键词：磁控溅射；铁掺杂；氮化铜；薄膜；磁性引言：氮化铜是一种重要的磁性薄膜材料，具有高导电性和优异的磁性能，因此在磁电器件、磁存储器件和传感器等领域有广泛的应用。

然而，氮化铜的磁性能以及导电性能都受到晶格结构和掺杂元素的影响。

近年来，研究表明，通过掺杂适量的铁元素可以显著改善氮化铜的磁性和导电性能。

因此，磁控溅射制备铁掺杂氮化铜薄膜成为了一种研究热点。

实验方法：本研究采用磁控溅射技术在石英基底上制备铁掺杂氮化铜薄膜。

首先，在真空室内进行底部清洁，然后在氧化铜（CuO）和氨气（NH3）气氛下进行沉积。

通过调节磁场强度和溅射功率，控制铁含量在不同范围内。

制备完成后的薄膜经过退火处理和X射线衍射分析，以获得其晶体结构和磁性能。

同时，利用四探针测试仪测量薄膜的电阻率和导电性能。

实验结果和讨论：通过X射线衍射分析，确定了CuNxFe薄膜的晶体结构和晶粒尺寸。

结果显示，随着铁含量的增加，CuNxFe薄膜的晶粒尺寸减小。

这是因为铁的加入抑制了晶粒生长，从而减小了晶粒尺寸。

同时，CuNxFe薄膜的饱和磁化强度随着铁含量的增加而增加，达到最大值后逐渐减小。

这是因为铁的加入增加了磁性颗粒的数量，但过多的铁元素会形成反相颗粒，从而减小了饱和磁化强度。

通过四探针测试仪测量，确定了CuNxFe薄膜的电阻率和导电性能。

结果显示，CuNxFe薄膜的电阻率随着铁含量的增加而减小，导电性能得到显著改善。

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。

近代物理实验磁控溅射镀膜宋爽核12 2011011723指导老师：王合英 2013-5-24【摘要】本实验根据气体辉光放电和磁场约束电子运动的原理，运用真空系统和磁控溅射镀膜技术，测量了基片加热温度和真空度变化的关系，溅射气压、溅射功率和溅射速率的关系，并在载玻片上镀上了铜膜。

关键词：磁控溅射镀膜，辉光放电，溅射速率，溅射气压、溅射功率一．前言当今信息社会，众多通讯机器的心脏部分，离不开以薄膜技术为基础而制作的元器件、电子回路、集成电路等。

磁控溅射镀膜是目前应用最为广泛的薄膜制备方法之一。

磁控溅射技术是在普通的溅射技术基础上发展起来的。

溅射是近年来在真空镀膜中得到广泛应用的一种成膜方法。

溅射法是利用高能离子（电场加速正离子，由电极间工作气体在强电场作用下电离产生）高速冲击负极溅射材料表面，发生碰撞。

由于高能离子的能量大于靶材原子表面结合能，从而使靶材表面的原子或分子等得到入射离子的能量，逐渐溢出表面形成溅射。

溅射镀膜就是基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，整个过程都是建立在辉光放电的基础上，即溅射离子都来源于气体放电。

而磁控溅射技术工作原理如图1所示：图1 磁控溅射原理就是在电子运动过程中，用磁场和电场同时作用于电子，磁场B垂直于电场E，靶极表面附近的电子在互为正交的电、磁场作用下，受到洛仑兹力作用而沿螺旋路径运动，这就延长了电子在空间运动的时间，从而提高电子对工作气体的电离几率和有效地利用电子的能量，并能尽量避免高能粒子直接轰击样品表面。

磁控溅射具有“低温”、“高速”两大特点，故又称为高速低温溅射技术。

二、实验图2 高真空磁控溅射镀膜机真空室结构示意图按各部分的功能分类，该设备主要由真空系统、溅射镀膜系统、测量及控制系统三部分组成：1、真空系统及其测量真空系统为溅射镀膜提供一个高真空的薄膜生长环境，本底真空度的高低也直接影响薄膜的结构和性能，是薄膜制备最基本和重要的条件。

真空度底，镀膜室内残余气体分子多，薄膜受残余气体分子的影响，使其性能变差。

直流反应磁控溅射制备cu2o薄膜直流反应磁控溅射制备Cu2O薄膜是一种常见的制备方法，该方法具有高效、易操作、制备出的薄膜质量好等优点，因此在材料制备领域得到了广泛应用。

本文将介绍该方法的原理、制备过程和应用研究进展。

一、直流反应磁控溅射制备Cu2O薄膜的原理直流反应磁控溅射是一种利用离子束轰击目标表面溅射材料并在基底上形成薄膜的方法。

该方法的原理是将高纯度的金属靶材放置在真空室中，利用氩离子束轰击靶材表面，使其材料溅射并沉积在基底表面形成薄膜。

在制备Cu2O薄膜时，通常使用铜靶材，同时在氩气氛围下加入适量的氧气，使得溅射出的铜原子与氧气结合形成Cu2O 薄膜。

二、直流反应磁控溅射制备Cu2O薄膜的制备过程直流反应磁控溅射制备Cu2O薄膜的制备过程包括靶材制备、真空系统准备、薄膜制备、薄膜表征等步骤。

1. 靶材制备：选用高纯度的铜靶材，一般为99.99%的纯度，制备成合适的尺寸和形状。

2. 真空系统准备：在真空室内通入氩气并排除氧气等杂质，同时在靶材上加上负电压，使其形成离子束。

3. 薄膜制备：将基底放置在真空室内，利用氩离子束轰击靶材表面，使其溅射出铜原子并在基底表面沉积，同时在氩气氛围下加入适量的氧气，使得铜原子与氧气结合形成Cu2O薄膜。

4. 薄膜表征：利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术对制备的Cu2O薄膜进行表征，分析其晶体结构、形貌和物理性质等。

三、直流反应磁控溅射制备Cu2O薄膜的应用研究进展1. 光电催化领域：Cu2O薄膜具有良好的光电催化性能，可以用于光催化分解水、还原二氧化碳等领域。

2. 电化学储能领域：Cu2O薄膜具有高比容量、高循环稳定性和优异的放电性能，可以用于电化学储能领域。

3. 传感器领域：Cu2O薄膜具有良好的气敏性能，可以用于气体传感器的制备。

4. 其他领域：Cu2O薄膜还可以用于太阳能电池、光电子器件、防腐蚀涂层等领域。

四、结论直流反应磁控溅射制备Cu2O薄膜是一种高效、易操作、制备出的薄膜质量好的方法，具有广泛的应用前景。

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过磁控溅射技术制备不同材料薄膜，研究其制备过程中的工艺参数对薄膜质量的影响，并对薄膜的表面形貌、晶体结构、成分及性能进行分析。

二、实验原理磁控溅射技术是一种物理气相沉积方法，通过将靶材加热至一定温度，使其表面产生自由电子，然后在电场的作用下，自由电子与气体分子发生碰撞，产生等离子体，等离子体中的离子和电子被加速并轰击靶材表面，使靶材表面原子蒸发并沉积在衬底上形成薄膜。

三、实验设备与材料1. 实验设备：- 磁控溅射系统- 扫描电子显微镜（SEM）- X射线衍射仪（XRD）- X射线光电子能谱仪（XPS）- 红外光谱仪（IR）- 薄膜厚度测量仪2. 实验材料：- 靶材：Al、TiO2、ZnO等- 衬底：玻璃、硅等- 氩气、氮气等惰性气体四、实验步骤1. 清洗衬底：使用丙酮、乙醇、蒸馏水等清洗剂对衬底进行清洗，并在烘箱中干燥。

2. 装置准备：将靶材安装在磁控溅射系统上，设置靶材与衬底的距离、溅射气压、溅射时间等参数。

3. 磁控溅射：启动磁控溅射系统，进行溅射实验，制备薄膜。

4. 薄膜性能测试：使用SEM、XRD、XPS、IR等设备对薄膜的表面形貌、晶体结构、成分及性能进行分析。

五、实验结果与分析1. 薄膜表面形貌：SEM结果表明，Al、TiO2、ZnO等薄膜表面均匀，无明显缺陷。

2. 晶体结构：XRD分析表明，薄膜具有良好的晶体结构，晶粒尺寸较小。

3. 成分分析：XPS结果表明，薄膜中各元素含量符合预期。

4. 薄膜性能：- 硬度：Al、TiO2、ZnO等薄膜的硬度较高，具有良好的耐磨性能。

- 导电性：Al薄膜具有良好的导电性，适用于电子器件。

- 介电性能：TiO2、ZnO等薄膜具有良好的介电性能，适用于电容器等器件。

六、实验讨论1. 溅射气压对薄膜质量的影响：溅射气压越高，薄膜密度越大，晶粒尺寸越小，但溅射气压过高会导致薄膜表面出现缺陷。

2. 溅射时间对薄膜质量的影响：溅射时间越长，薄膜厚度越大，但溅射时间过长会导致薄膜内部应力增大，影响薄膜性能。

磁控溅射法制膜实验实验一磁控溅射法制膜一、实验目的1．掌握磁控溅射法制膜的基本原理2．了解多功能磁控溅射镀膜仪的结构、操作过程及使用范围 3．学习用磁控溅射法制备金属薄膜 4．了解实验条件对薄膜性能的影响二、实验原理1、溅射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。

溅射的特点是：(1)溅射粒子(主要是原子，还有少量离子等)的平均能量达几个电子伏，比蒸发粒子的平均动能kT高得多(3000K蒸发时平均动能仅0.26eV)，溅射粒子的角分布与入射离子的方向有关。

(2)入射离子能量增大(在几千电子伏范围内)，溅射率(溅射出来的粒子数与入射离子数之比)增大。

入射离子能量再增大，溅射率达到极值；能量增大到几万电子伏，离子注入效应增强，溅射率下降。

(3)入射离子质量增大，溅射率增大。

(4)入射离子方向与靶面法线方向的夹角增大，溅射率增大(倾斜入射比垂直入射时溅射率大)。

(5)单晶靶由于焦距碰撞(级联过程中传递的动量愈来愈接近原子列方向)，在密排方向上发生优先溅射。

(6)不同靶材的溅射率很不相同。

2、磁控溅射通常的溅射方法，溅射效率不高。

为了提高溅射效率，首先需要增加气体的离化效率。

为了说明这一点，先讨论一下溅射过程。

当经过加速的入射离子轰击靶材(阴极)表面时，会引起电子发射，在阴极表面产生的这些电子，开始向阳极加速后进人负辉光区，并与中性的气体原子碰撞，产生自持的辉光放电简单的溅射装置图所需的离子。

这些所谓初始电子(primary electrons )的平均自由程随电子能量的增大而增大，但随气压的增大而减小。

在低气压下，离子是在远离阴极的地方产生，从而它们的热壁损失较大，同时，有很多初始电子可以以较大的能量碰撞阳极，所引起的损失又不能被碰撞引起的次级发射电子抵消，这时离化效率很低，以至于不能达到自持的辉光放电所需的离子。

华中科技大学硕士学位论文摘要随着化石能源的日益减少，能源危机迫使人们不得不寻找可替代的新能源。

新能源中太阳能来源丰富，是最有可能替代传统能源的清洁可再生能源。

目前，常见的薄膜太阳能电池有CdTe、CIGS(CuIn x Ga(1-x)Se2)和CZTS(Cu2ZnSn4)，但是Te、In、Ga是稀有元素，价格昂贵；Cd是重金属元素，安全性受到质疑。

而CZTS与CIGS的光学性质和半导体性质相似，且组成元素储量丰富、价格低廉，有望成为替代CIGS 的后备材料。

本文采用磁控溅射法和一步电沉积法制备CZTS薄膜。

磁控溅射法预制膜成膜质量高，成分比例易控制，但高度依赖后期热处理，本文磁控溅射法重点探讨硫化温度和SnS含量对实验结果的影响。

电沉积法成本低廉，操作简便，但电沉积过程要求高，化学成分难控制，且高度依赖后期硫化处理。

因此，前期通过改变溶液pH 值、离子浓度研究电沉积的影响，后期通过调节硫化时间、硫化温度研究硫化过程对薄膜生长的影响。

利用X射线荧光针(XRF)测定前驱体薄膜元素配比、能谱仪(EDS)测定CZTS薄膜成分、X射线衍射仪(XRD)和拉曼图谱(Raman)分析薄膜的结构、场发射扫描电镜(SEM)观测薄膜的表面和截面形貌。

通过讨论分析得出，磁控溅射法中当硫化温度为580℃，SnS的含量为8mg时CZTS薄膜晶粒生长最好。

电沉积法中最佳pH值为 5.7，最佳离子浓度为22mM(CuSO4·5H2O)、22mM(ZnSO4·7H2O)、8mM(SnSO4)，经300℃预处理30min 能改善薄膜形貌，硫化过程中最佳硫化时间为60min，最佳硫化温度为580℃，制备的薄膜表面致密，晶粒均匀，薄膜厚度约为2μm，适合用作吸收层。

关键词：薄膜太阳能电池铜锌锡硫磁控溅射法电沉积法硫化处理华中科技大学硕士学位论文AbstractWith the decrease of fossil fuels, the energy crisis forced people to look for alternative energies.Among the new energies, solar energy is inexhaustible and considered to be the most promising clean and renewable energy. At present, there are three common thin-film solar cells, CdTe, CIGS(CuIn x Ga(1-x)Se2) and CZTS(Cu2ZnSn4). However, Te, In and Ga are rare metals which are very expensive; Cd is a heavy metal element which is questioned for the safety. CZTS has similar optical and semiconductive properties with CIGS, and all elements are abundant and non-toxic. So CZTS is expected to become an alternative material to replace CIGS.In this thesis, magnetron sputtering and one-step electrodeposition methods were used to fabricate CZTS films. Magnetron sputtering technique can control the composition of CZT metal layer properly and get high quality film. But this method highly depends on the sulfurization process. In this study, sulfurization temperature and SnS content were investigated. Electrodeposition is low-cost and simple. But it’s difficult to control the composition during deposition, and it extremely relies on the post annealing process. So during the deposition, the influences of pH value and ionic concentrations were studied. And during the annealing process, the effects of sulfurization time and temperature on the morphology of CZTS were investigated. Thin films were characterized by X-ray fluorescence, Energy disperse spectroscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The surface and cross-sectional images of the films were observed by Scanning electron microscopy.Through the discussion and analysis, we found that in the sputtering method, the CZTS films grew best when the sulfurization temperature was 580℃and the SnS content was 8mg. The optimal pH value of the electrodeposition method was 5.7, the best ion concentration was 22mM (CuSO4·5H2O), 22mM (ZnSO4·7H2O) and 8mM (SnSO4).华中科技大学硕士学位论文Preheating the CZT precursor at 300℃for 30min could improve the morphology of the film. The optimum sulfurization time and temperature was 60min, 580℃, respectively. The prepared film was dense with uniform grains and the thickness was about 2μm, which was suitable for being used as absorber layer.Key words：Thin film solar cell CZTS Magnetron sputteringCo-electrodeposition Sulfurization华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论1.1研究背景与意义 (1)1.2国内外研究概况 (6)1.3论文的主要研究内容 (8)2 CZTS薄膜的制备方法2.1磁控溅射技术 (10)2.2共蒸镀技术 (11)2.3脉冲激光沉积技术 (11)2.4电沉积技术 (12)2.5溶胶-凝胶技术 (12)2.6喷涂热解技术 (13)2.7丝网印刷技术 (13)2.8涂覆技术 (14)2.9溶液技术 (14)2.10本章小结 (15)3 实验内容3.1磁控溅射法 (16)华中科技大学硕士学位论文3.2电沉积法 (18)3.3实验设备 (20)3.4本章小结 (26)4 结果与分析4.1磁控溅射法结果分析 (27)4.2电沉积法结果分析 (33)4.3对比结果分析 (45)4.4本章小结 (47)5 总结与展望5.1全文总结 (48)5.2课题展望 (49)致谢 (51)参考文献 (52)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 研究背景与意义能源是人类不可或缺的物质基础，从原始社会发展至今，社会进步伴随着能源的不断革新。

磁控溅射镀膜实验报告..doc
本次实验的目的是磁控溅射镀膜技术在材料科学中的应用，通过对磁控溅射镀膜过程的研究，探究其原理，并对所得到的薄膜进行分析。

一、实验步骤
1.将不同材料的基片放入溅射室中。

2.通过高频电源将气体放入溅射室中。

3.通过磁控电源产生磁场，使气体被激发。

4.激发后的气体离子在磁场作用下，被加速与基片的表面相撞，形成薄膜。

5.取出薄膜进行表面形貌、成分和结构的分析。

二、实验结果
本次实验我们选取了铜、铁和碳三种材料进行磁控溅射镀膜实验，得到了三组薄膜。

通过扫描电镜、X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜等手段对其进行了分析。

1.铜薄膜：表面均匀光滑，没有明显的颗粒，厚度在几十纳米。

2.铁薄膜：表面呈现网状结构，均匀分布的圆形颗粒，颗粒直径约为100纳米，厚度在50纳米左右。

3.碳薄膜：表面比较光滑，无明显纹路和颗粒，但是颜色比较暗，黑色。

通过X射线衍射实验，铜和铁薄膜的晶体结构比较完善，而碳薄膜由于其非晶结构，无法通过X射线衍射仪观察到其晶体形态。

另外，通过场发射扫描电子显微镜对样品进行表面成分分析，我们发现铜薄膜表面主要是铜元素，铁薄膜表面主要是铁元素，碳薄膜表面主要是碳元素。

三、经验总结
1.磁控溅射镀膜技术是一种高端的材料制备方法，具有良好的制备效果和广泛的应用前景。

2.制备薄膜的品质取决于材料本身的质量和处理工艺。

3.通过对薄膜的表面形貌、成分和结构的分析，可以更好的了解样品的特性和有效性。

4.在实验中，操作人员需要熟悉实验设备的操作规程，正确使用实验设备并遵守实验安全规范。

磁控溅射制备铁掺杂氮化铜薄膜的研究
本项目采用磁控溅射技术制备铁掺杂氮化铜薄膜。

通过控制荷电粒子在磁场中受到的力，使粉末材料（Cu、Fe、N2）在溅射受到的惯性力和弹性力的作用下撞击到靶材表面，
从而产生薄膜。

实验使用的基底材料是单晶硅片（100），通过对基底进行清洁处理和降温处理，使基底表面平整且无杂质。

然后将基底样品放置于真空室中并进行照射，加入Argon气体进行
氧化，最后用荷电粒子轰击表面进行溅射。

该实验的参数设置如下：气压为1×10^-4 Pa，靶材转速为15rpm，Ar和N2气流分别为10 sccm和2 sccm，荷电粒子能量为1.5 KeV。

制备出的薄膜厚度为200 nm，经过X射线衍射与扫描电镜测试，确认样品为Fe掺杂氮化铜薄膜。

同时，通过对样品的电学性能进行测试，发现样品的导电性能与非掺杂样品相比更加
优异。

该实验表明使用磁控溅射技术可以有效地制备出铁掺杂氮化铜薄膜，进一步提高了
氮化铜材料的导电性能，为下一步的应用研究提供了基础。

浙江理工大学物理实验报告薄膜技术及应用姓名：刘彬学号：200920101017班级：应用化学物理实验室实验名称：Cu3N薄膜的制备组别：1 日期：2010年12月20日成绩一、实验目的1．熟悉磁控溅射法的原理及其操作。

2．了解Cu3N薄膜的晶体结构与其制备工艺参数之间关系。

二、实验试剂及仪器JGP560CC型磁控溅射仪三、实验原理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。

四、实验过程：利用JGP560CC型磁控溅射仪，采用射频磁控溅射方法，按照表1中的工艺参数在玻璃基底上成功制备了Cu3N薄膜。

溅射时所用靶材为99.99%Cu靶，靶的直径为5cm，厚度2.5mm；靶和基片之间的距离为65mm；溅射所用气体是99.999%高纯氮气和氩气。

将基底在放入真空室之前，分别用丙酮和酒精超声波清洗，溅射前将真空室气压抽至2×10-5Pa，并通人氩气预溅射5min以清洗靶面；随后通入适量反应气体N2，两种气体的流量分别使用质量流量计控制，总气压为1 Pa。

磁控溅射法制备薄膜材料实验报告实验报告：磁控溅射法制备薄膜材料一、引言薄膜材料广泛应用于电子器件、光学器件等领域，其性能直接影响着器件的性能。

磁控溅射法是一种常用的制备薄膜材料的方法，通过在真空环境下，利用磁控电子束或离子束轰击源材料的表面，使源材料蒸发并沉积在基底上，从而得到所需的薄膜材料。

本实验旨在通过磁控溅射法制备一种特定的薄膜材料，并对其形貌、结构和成分进行表征。

二、实验方法1.实验仪器与材料本实验使用的主要仪器设备有磁控溅射设备、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）。

实验材料包括源材料、基底材料和溅射气体。

2.实验步骤（1）将源材料加载到磁控溅射设备的靶位上，并安装好基底材料。

（2）将真空室抽气至高真空状态，确保实验环境稳定。

（3）开启溅射气体，调节其流量和压力，使其保持合适的工作状态。

（4）通过操纵磁控溅射设备的参数，包括溅射功率、工作距离等，进行溅射，沉积薄膜材料在基底上。

（5）制备完成后，将样品取出，进行表征。

三、实验结果与分析通过SEM观察，薄膜材料的表面形貌均匀，没有明显的颗粒和裂纹，呈现出光滑的特点。

通过透射电子显微镜（TEM）的观察，薄膜材料的厚度约为100 nm，呈现出均匀的结构。

通过XRD分析，薄膜材料的晶体结构为立方晶系，晶面取向较好。

通过对XRD图谱的解析，还可以得到薄膜材料的晶格常数、晶粒大小等信息。

通过能谱仪的分析，可以确定薄膜材料的成分。

实验结果显示，制备的薄膜材料主要由目标材料的原子组成，没有掺杂物的存在。

四、讨论与改进通过磁控溅射法制备的薄膜材料，表面形貌均匀且结构良好，符合预期需求。

但是，在实验过程中，我们发现了一些问题，如薄膜材料的制备速率较慢、材料的含气量较高等。

为了解决这些问题，我们可以在实验过程中进行参数的优化，如调节溅射功率、溅射时间等，以提高制备速率；同时可以加入适量的氩气来降低材料的含气量。

此外，在薄膜材料的表征上，我们只是使用了SEM、XRD和能谱仪等仪器进行了一些基本的表征，对于材料的电学、光学等特性并没有进行深入的研究。

磁控溅射制备铁掺杂氮化铜薄膜的研究磁控溅射制备铁掺杂氮化铜薄膜是一种常用的制备方法。

该方法利用磁控溅射技术，在真空环境中将铜靶材表面的原子通过高能粒子轰击而释放出来，同时引入氮气气氛和铁元素，形成铁掺杂氮化铜薄膜。

该制备方法具有以下优点：
1.可以在高真空环境下进行，避免了氧、水等杂质的干扰，保证了薄膜结构的纯度和稳定性。

2.制备过程中可以自由调节掺杂浓度和工艺条件，使得制备的薄膜具有可控的物理和化学性质。

3.铁掺杂氮化铜薄膜具有良好的热稳定性和化学稳定性，在高温、高湿等恶劣条件下仍然具有优异的性能。

4.该方法制备的铁掺杂氮化铜薄膜具有较高的导电性和磁性，可以广泛应用于各种电子器件、磁性材料等领域。

磁控溅射制备铁掺杂氮化铜薄膜的研究是当前热点领域之一。

在该领域，人们关注薄膜的制备工艺、物理化学性质和应用前景等方面问题。

未来的研究方向主要包括进一步完善制备工艺、提高薄膜性能、探索新型应用等。

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1a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;这些过程均产生新的离子和电子,即碰撞过程使得离子和电子的数目迅速增加;这时,随着放电电流的迅速增加,电压的变化却不大;这一放电阶段称为汤生放电;在汤生放电阶段的后期,放电开始进入电晕放电阶段;这时,在电场强度较高的电极尖端部位开始出现一些跳跃的电晕光斑;因此,这一阶段称为电晕放电;在汤生放电阶段之后,气体会突然发生放电击穿现象;这时,气体开始具备了相当的导电能力,我们将这种具备了一定的导电能力的气体称为等离子体;此时,电路中的电流大幅度增加,同时放电电压却有所下降;这是由于这时的气体被击穿,因而气体的电阻将随着气体电离度的增加而显着下降,放电区由原来只集中于阴极边缘和不规则处变成向整个电极表面扩展;在这一阶段,气体中导电粒子的数目大量增加,粒子碰撞过程伴随的能量转移也足够地大,因此放电气体会发出明显的辉光;电流的继续增加将使得辉光区域扩展到整个放电长度上,同时,辉光的亮度不断提高;当辉光区域充满了两极之间的整个空间之后,在放电电流继续增加的同时,放电电压又开始上升;上述的两个不同的辉光放电阶段常被称为正常辉光放电和异常辉光放电阶段;异常辉光放电是一般薄膜溅射或其他薄膜制备方法经常采用的放电形式,因为它可以提供面积较大、分布较为均匀的等离子体,有利于实现大面积的均匀溅射和薄膜沉积;2. 磁控溅射：平面磁控溅射靶采用静止电磁场,磁场为曲线形;其工作原理如下图所示;电子在电场作用下,加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞;若电子具有足够的能量约为30eV;时,则电离出Ar+并产生电子;电子飞向基片,Ar+在电场作用下加速飞向阴极溅射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;二次电子e1在加速飞向基片时受磁场B的洛仑兹力作用,以摆线和螺旋线状的复合形式在靶表面作圆周运动;该电子e1的运动路径不仅很长,而且被电磁场束缚在靠近靶表面的等离子体区域内;在该区中电离出大量的Ar+用来轰击靶材,因此磁控溅射具有沉积速率高的特点;随着碰撞次数的增加,电子e1的能量逐渐降低,同时,e1逐步远离靶面;低能电子e1将如图中e3那样沿着磁力线来回振荡,待电子能量将耗尽时,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,传给基片的能量很小,使基片温升较低;在磁极轴线处电场与磁场平行,电子e2将直接飞向基片;但是,在磁控溅射装置中,磁极轴线处离子密度很低,所以e2类电子很少,对基片温升作用不大;图2 磁控溅射工作原理图磁控溅射的基本原理就是以磁场改变电子运动方向,束缚和延长电子的运动路径,提高电子的电离概率和有效地利用了电子的能量;因此,在形成高密度等离子体的异常辉光放电中,正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效,同时受正交电磁场的束缚的电子只能在其能量将要耗尽时才能沉积在基片上;这就是磁控溅射具有“低温”、“高速”两大特点的机理;3.真空的获得：用来获得真空的设备称为真空泵,真空泵按其工作机理可分为排气型和吸气型两大类;排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构,将被抽容器中的气体压缩到排气口,而将气体排出泵体之外,如机械泵、扩散泵和分子泵等;吸气型真空泵则是在封闭的真空系统中,利用各种表面吸气剂吸气的办法将被抽空间的气体分子长期吸着在吸气剂表面上,使被抽容器保持真空,如吸附泵、离子泵和低温泵等;（1）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压缩从而获得真空的泵,机械泵的种类很多,目前常用的是旋片式机械泵;机械泵可在大气压下启动正常工作,其极限真空度可达10-1Pa,它取决于：①定子空间中两空腔间的密封性,因为其中一空间为大气压,另一空间为极限压强,密封不好将直接影响极限压强；②排气口附近有一“死角”空间,在旋片移动时它不可能趋于无限小,因此不能有足够的压力去顶开排气阀门；③泵腔内密封油有一定的蒸汽压室温时约为10-1Pa;2分子泵分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子,使之获得定向速度,从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵; 这种泵具体可分为：1)牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量,被驱送到泵的出口; 2涡轮分子泵靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的;这种泵通常在分子流状态下工作;3复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵;三、实验仪器超声波清洗器、磁控溅射镀膜机、镊子、烧杯等四、实验步骤1.用酒精清洗衬底玻璃基板、靶材,清洗完毕后用高压气枪吹干;2.实验前仔细检查各开关的状态,接通电源;电源接通后打开水循环开关,关闭真空计,打开放气阀,待放气完毕打开腔室门放置基片,注意装载过程中确保玻璃面的整洁;置入内衬,关闭充气阀门;3.一键抽真空;4.待分子泵满转速时,设置好靶基距和基片加热温度,打开基片加热;5.待抽至需要的真空,打开限流阀,到90°处,设置基片台转速,打开基片台旋;6.设置流量计的示数,充入氩气,至工作真空度;7.等待 30s 左右,设置直流或射频电源的功率和工作时间,点击 ON 按钮开始溅射镀膜前一定要确定靶挡板是关闭的;待溅射一段时间后,打开挡板,开始镀膜,镀膜时间到后电源自动关闭;8.设置流量计示数为 0,关闭加热;9.待流量计实际流量归 0,关闭进气阀、限流阀,限流阀到 0°;10.镀膜结束,一键停真空;11.待机械泵等均停机,关闭真空计、打开放气阀;待放气完毕,打开腔室门取样品,打开真空计,关闭放气阀;打开一键抽真空,待真空抽至 10 多 Pa 时点击一键停真空,待设备停机后再关闭总电源;五、注意事项1. 抽真空前检查：1样品是否放好2腔室门是否关好3放气阀是否关闭4真空计是否打开2.注意对设备的保养维护,及时去除基片台及基片挡板,靶屏蔽罩及靶挡板上沉积的各种材料,防止掉渣使靶与屏蔽罩短接烧坏靶;方法是将把挡板卸下用绿色拉丝布擦拭附着物后用卫生纸蘸丙酮或酒精擦干净,对基片台如不拆下的话用报纸垫在腔室口上防止擦拭时脏东西掉入腔室;3.磁控溅射室暴露大气前一定要关紧限流阀,以免损坏分子泵,同时要关紧气路截止阀,以免气路受污染;。

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；二、 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。

三、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。

四、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。