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

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。

磁控溅射方法制备铜薄膜实验一、实验目的1．掌握物理气相沉积的根本原理，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构造和原理。

二、设备仪器磁控溅射薄膜沉积台构造如图1所示。

图1磁控溅射镀膜机构造示意图三、实验原理当高能粒子(电场加速的正离子，如Ar+)打在固体外表时，与外表的原子、分子交换能量，从而使这些原子、分子飞溅出来，沉积到基体材料外表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：a.描述低真空的抽气回路：真空室三通阀位置2低真空管道电磁阀机械泵大气。

b.描述高真空的抽气回路：真空室蝶阀挡油器油扩散泵储气罐三通阀位置1低真空管道电磁阀机械泵大气c.铜薄膜的沉积工艺参数：本底真空度、溅射电流、溅射电压、沉积时间、薄膜厚度。

3.步骤：本底真空获得后，进展氩气充气量的控制，溅射过程中电流、电压和时间的控制，薄膜制备完成后，充入大气，取出试样。

六．撰写实验报告1.真空系统的组成及作用，简述旋片泵、分子泵的工作原理。

2.真空测量系统的组成，简述电离真空规的工作原理。

3.气体放电理论的物理模型。

4.铜薄膜沉积原理与影响参数的关系。

简介真空镀膜在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。

虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。

真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。

蒸发镀膜通过加热蒸发某种物质使其沉积在固体外表，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。

蒸发镀膜设备构造如图1。

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。

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。

工科物理实验II_北京科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子受到（）的作用而发生偏转引起的。

答案:洛仑兹力2.实验十一光栅光谱仪的使用中，相比于透射光栅，平面反射式光栅的优势在于（）。

答案:闪耀方向落在0级谱线以外的其它级谱线上3.在实验十四低真空的获得、测量与用直流溅射法制备金属薄膜中，用来轰击金属靶材的粒子是（）答案:氩离子4.实验一受迫振动的研究中，摆轮做受迫振动时受到的力矩有（）。

答案:驱动力矩弹性力矩阻尼力矩5.关于实验一受迫振动的研究，描述正确的是（）。

答案:无阻尼的情况下，共振振幅会出现无限大的情况共振时，振幅最大且相位为90°本实验中，摆轮的固有振动周期和摆角有关6.关于实验二霍尔效应，下列说法正确的是（）。

答案:霍尔效应是磁电效应的一种用霍尔效应可以测量半导体材料的载流子浓度和迁移率本实验中不能消除的副效应是埃廷豪斯森效应利用霍尔效应可以测量磁场7.关于实验九PN结特性，叙述不正确的是（）。

答案:在温度不变的情况下，PN结的IF-VF呈线性关系Ge和Si二极管的加热温度区间可以完全相同Si二极管是一个很好的测温元件，可以用于高温（如500℃加热炉内的温度）的测量8.关于实验三用落球法测定液体不同温度下的黏度及温度的PID调节，以下哪些说法正确（）。

答案:流体所具有的阻止流体内两个流层发生相对滑动的性质称为流体的黏性或黏滞性随着温度的升高，气体的黏度增大流体中运动的物体所受到的黏滞力永远和物体的运动方向相反9.实验三用落球法测定液体不同温度下的黏度及温度的PID调节中，PID调节包括（）。

答案:比例调节微分调节积分调节10.关于实验四迈克尔逊干涉仪中的等倾干涉条纹，以下说法正确的是（）。

答案:条纹是明暗相间的系列同心圆薄膜厚度增加时，圆环不断从中心吐出薄膜越厚，条纹越密11.实验五全息照相实验，拍摄全息照相照片时，下列选项中正确的有（）。

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。

直流溅射原理直流溅射是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光伏、显示器等领域。

它通过在真空环境中利用离子轰击固体靶材，将靶材表面原子溅射到基底上，形成薄膜。

本文将介绍直流溅射的原理及其在工业生产中的应用。

首先，让我们来了解一下直流溅射的原理。

在直流溅射过程中，靶材被连接到负极，而基底则被连接到正极。

当加上足够的电压后，电子从负极流向阳极，同时离子则沿着反方向移动。

这样就形成了一个电场，使得靶材表面的原子被加速并溅射到基底上。

这些原子在基底表面沉积，形成所需的薄膜。

直流溅射的薄膜具有较高的纯度和致密性，因此在微电子器件和光学涂层中得到广泛应用。

直流溅射的工业应用非常广泛。

首先，在半导体制造领域，直流溅射常用于制备金属薄膜、氮化物薄膜和氧化物薄膜等。

这些薄膜在集成电路、太阳能电池和显示器件中起着至关重要的作用。

其次，在光学薄膜领域，直流溅射也被广泛应用于制备反射膜、透射膜和滤光片等。

这些薄膜在激光器、光学仪器和摄像头等光学设备中具有重要作用。

此外，在装饰涂层领域，直流溅射也被用于制备金属薄膜和陶瓷薄膜，用于提高产品的外观质感和耐腐蚀性能。

总的来说，直流溅射作为一种重要的薄膜沉积技术，已经成为现代工业生产中不可或缺的一部分。

它不仅可以制备各种功能性薄膜，还可以提高材料的性能和附加值。

随着科学技术的不断发展，相信直流溅射技术将会在更多领域展现出其巨大的潜力，并为人类社会的发展做出更大的贡献。

因此，我们需要深入研究直流溅射的原理，不断改进其工艺技术，提高薄膜的质量和生产效率，以满足不断发展的工业需求。

只有不断创新和进步，才能更好地推动直流溅射技术的应用和发展，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。

薄膜制备方法1.物理气相沉积法PVD：真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜2.化学气相沉积法CVD：热CVD、等离子CVD、有机金属CVD、金属CVD;一、真空蒸镀即真空蒸发镀膜,是制备薄膜最一般的方法;这种方法是把装有基片的真空室抽成真空,使气体压强达到10ˉ2Pa以下,然后加热镀料,使其原子或者分子从表面气化逸出,形成蒸汽流,入射到温度较低的基片表面,凝结形成固态薄膜;其设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成;保证真空环境的原因有防止在高温下因空气分子和蒸发源发生反应,生成化合物而使蒸发源劣化;防止因蒸发物质的分子在镀膜室内与空气分子碰撞而阻碍蒸发分子直接到达基片表面,以及在途中生成化合物或由于蒸发分子间的相互碰撞而在到达基片前就凝聚等在基片上形成薄膜的过程中,防止空气分子作为杂质混入膜内或者在薄膜中形成化合物;蒸发镀根据蒸发源的类别有几种:⑴、电阻加热蒸发源;通常适用于熔点低于1500℃的镀料;对于蒸发源的要求为a、熔点高b、饱和蒸气压低c、化学性质稳定,在高温下不与蒸发材料发生化学反应d、具有良好的耐热性,功率密度变化小;⑵、电子束蒸发源;热电子由灯丝发射后,被电场加速,获得动能轰击处于阳极的蒸发材料上,使蒸发材料加热气化,而实现蒸发镀膜;特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料;优点有a、电子束轰击热源的束流密度高,能获得远比电阻加热源更大的能量密度,可以使高熔点可高达3000℃以上的材料蒸发,并且有较高的蒸发速率;b、镀料置于冷水铜坩埚内,避免容器材料的蒸发,以及容器材料与镀料之间的反应,这对于提高镀膜的纯度极为重要;c、热量可直接加到蒸发材料的表面,减少热量损失;⑶、高频感应蒸发源;将装有蒸发材料的坩埚放在高频螺旋线圈的中央,使蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失铁磁体,从而将镀料金属加热蒸发;常用于大量蒸发高纯度金属;分子束外延技术molecularbeamepitaxy,MBE;外延是一种制备单晶薄膜的新技术,它是在适当的衬底与合适条件下,沿衬底材料晶轴方向逐层生长新单晶薄膜的方法;外延薄膜和衬底属于同一物质的称“同质外延”,两者不同的称为“异质外延”;10—Pa的超真空条件下,将薄膜诸组分元素的分子束流,在严格监控之下,直接喷射到衬底MBE是在8表面;其中未被基片捕获的分子,及时被真空系统抽走,保证到达衬底表面的总是新分子束;这样,到达衬底的各元素分子不受环境气氛的影响,仅由蒸发系统的几何形状和蒸发源温度决定;二、离子镀是在真空条件下,利用气体放电使气体或被蒸发物质离化,在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时,把蒸发物或其反应物蒸镀在基片上;常用的几种离子镀：（1）直流放电离子镀;蒸发源：采用电阻加热或电子束加热；充入气体：充入Ar或充入少量反应气体；离化方式：被镀基体为阴极,利用高电压直流辉光放电离子加速方式：在数百伏至数千伏的电压下加速,离化和离子加速一起进行;（2）空心阴极放电离子镀HCD,hollowcathodedischarge;等离子束作为蒸发源,可充入Ar、其他惰性气体或反应气体；利用低压大电流的电子束碰撞离化,0至数百伏的加速电压;离化和离子加速独立操作;（3）射频放电离子镀;电阻加热或电子束加热,真空,Ar,其他惰性气体或反应气体；利用射频等离子体放电离化,0至数千伏的加速电压,离化和离子加速独立操作;（4）低压等离子体离子镀;电子束加热,惰性气体,反应气体;等离子体离化,DC或AC50V离子镀是一个十分复杂过程,一般来说始终包括镀料金属的蒸发,气化,电离,离子加速,离子之间的反应,中和以及在基体上成膜等过程,其兼具真空蒸镀和真空溅射的特点;三、溅射镀膜是在真空室中,利用荷能粒子轰击靶表面,使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术;用带有几十电子伏特以上动能的粒子或粒子束照射固体表面,靠近固体表面的原子会获得入射粒子所带能量的一部分进而向真空中逸出,这种现象称为溅射;应用于现在工业生产的主要溅射镀膜方式：1射频溅射是利用射频放电等离子体中的正离子轰击靶材、溅射出靶材原子从而沉积在接地的基板表面的技术;由于交流电源的正负性发生周期交替,当溅射靶处于正半周时,电子流向靶面,中和其表面积累的正电荷,并且积累电子,使其表面呈现负偏压,导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材,从而实现溅射;由于离子比电子质量大,迁移率小,不像电子那样很快地向靶表面集中,所以靶表面的点位上升缓慢,由于在靶上会形成负偏压,所以射频溅射装置也可以溅射导体靶;射频溅射装置的设计中,最重要的是靶和匹配回路;靶要水冷,同时要加高频高压;2磁控溅射高速低温溅射;其沉积速率快、基片温度低,对膜层的损伤小、操作压力低;磁控溅射具备的两个条件是：磁场和电场垂直；磁场方向与阴极靶表面平行,并组成环形磁场;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;（3）反应溅射;反应溅射是指在存在反应气体的情况下,时,靶材会与反应形成化合物如氮化物或氧化物,在惰性气体溅射化合物靶材时由于化学不稳定性往往导致薄膜较靶材少一个或更多组分,此时如果加上反应气体可以补偿所缺少的组分,这种溅射也可以视为反应溅射;化学气相沉积chemicalvapordepositionCVD一、热CVD指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室,在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程;原理：利用挥发性的金属卤化物和金属的有机化合物等,在高温下发生气相化学反应,包括热分解、氢还原可制备高纯度金属膜、氧化和置换反应等,在基板上沉积所需要的氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜;制备条件：1在沉积温度下,反应物具有足够的蒸气压,并能以适当的速度被引入反应室；2反应产物除了形成固态薄膜物质外,都必须是挥发性的；3沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压;二、等离子体CVD plasmachemicalvapordeposition是在高频或直流电场作用下,将原料气体电离形成等离子体,利用低温等离子体作为能量源,通入适量的反应气体,利用等离子体放电,使反应气体激活并实现化学气相沉积的技术;在保持一定压力的原料气体中,输入直流、高频或微波功率,产生气体放电,形成等离子体;在气体放电等离子体中,由于低速电子与气体原子碰撞,故除产生正、负离子外,还会产生大量的活性基激发原子、分子等,从而可大大增强反映气体的活性;这样就可以在较低的温度下,发生反应,产生薄膜;PCVD可以在更低的温度下成膜;可减少热损伤,减低膜层与衬底材料间的相互扩散及反应多用于太阳能电池及液晶显示器等;三、有机金属CVD MOCVD是将反应气体和气化的有机物通过反应室,经过热分解沉积在加热的衬底上形成薄膜;它是利用运载气携带金属有机物的蒸气进入反应室,受热分解后沉积到加热的衬底上形成薄膜;其特点是：1.较低的衬底温度；2.较高的生长速率,可生长极薄的薄膜；3.精确的组分控制可进行多元混晶的成分控制,可实现多层结构及超晶格结构；4.易获得大面积均匀薄膜；其缺陷是：1.残留杂质含量高2.反应气体及尾气一般为易燃、易爆及毒性很强的气体;。

薄膜制备实验指导书实验一磁控溅射法制备金属薄膜一、实验目的1、了解磁控溅射实验原理2、学会操作磁控溅射仪3、了解影响薄膜质量的因素二、基本原理1、薄膜制备过程溅射沉积是一种物理气相沉积法，利用带有电荷的离子在电场中加速具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶材。

溅射过程是轰击粒子与靶原子之间能量传递的结果。

在轰击离子能量合适的情况下，在与靶材表面的原子碰撞过程中，靶材表面原子将获得足够的动能脱离固体表面，这些溅射出来的靶材原子带有一定的动能沿着一定的发向射向衬底，从而实现在衬底上薄膜的沉积（如图1）。

在上述过程中，离子的产生过程与等离子体的产生或气体的辉光放电过程密切相关。

图1气体辉光放电需要的击穿电压：log bd pL V L p b∝+ 其中，p ——腔体压力，L ——电极间距，b ——常数。

发生溅射需要超过一个阈值能量，当能量较小时发生反弹或表面吸附，而能量较大时，会发生离子注入。

溅射过程中激发产生的二次电子可进一步与气体原子碰撞，引发电离或辉光， 几种常用气体的电离能见表格1表格1对于以氩离子做为入射离子的情况，入射能量略大于阈值时，产额随能量的平方增加；超过100eV,随能量线性增加；超过750eV,产额将略有增加；1000eV时产额最大（如图2）。

选择不同的电离原子，产额有所差异，其中稀有气体有较大的溅射产额。

图2对不同材料溅射产额与垂直入射氩离子的离子能图345keV离子射向银，铜和钽靶时，溅射产额与轰击离子原子序数的函数关系所谓磁控溅射，就是通过在靶材的周围和后面设置磁场，限制二次电子于靶前面，增加轰击率和电离速率，提高溅射效率。

有很多因素影响沉积薄膜的质量，包括电压、真空背底气压、氩气溅射气压、氧分压、流量大小、衬底温度，溅射方式，若是射频溅射，偏压的大小也有一定的影响。

在制备薄膜时需要查阅资料获得各个参数，或者自行研究尝试，在表征测试后得到最好的实验条件。

2、薄膜表征（1）SEM：扫描电子显微镜扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopic）的制造是依据电子与物质的相互作用。

金属薄膜的制备与工艺研究制备薄膜材料的物理方法很多，但大致可分为二大类，化学方法（包括电化学方法）和物理方法。

化学方法包括：化学气相沉积法（CVD）、液相生成法、氧化法、扩散法、电镀法等。

物理方法包括：真空热蒸发法、直流溅射、磁控溅射法、射频溅射、脉冲激光沉积、分子束外延生长法等薄膜的制备方法。

本实验采用直流溅射法、真空热蒸发和磁控溅射法制备金属薄膜。

【实验目的】1．学习溅射镀膜的方法，初步了解薄膜形成的机理；2．了解真空系统的结构和真空测量技术的基础知识，掌握机械泵、扩散泵的工作原理及操作规程；3．学习直流溅射制备金属薄膜的原理和方法；4．学习真空热蒸发和磁控溅射法制备金属薄膜的原理和方法；5．研究制备工艺对薄膜性能的影响。

【实验原理】一、真空的获得和测量“真空”是指低于一个大气压的气体状态。

在真空技术中，以“真空度”来表示气体的稀薄程度，真空度越高，气体压强越低。

通常气体的真空度直接用气体的压强来表示，常用单位为帕斯卡(Pa)或毫米汞柱(mmHg)——简称乇(Torr)，它们之间的关系为：1 毫米汞柱(mmHg)=1乇(Torr)=133帕斯卡(Pa)习惯上将真空度分为低真空（100 Pa～10-2 Pa），高真空（10-3 Pa～10-6 Pa）和超高真空（<10-6Pa）。

真空系统的种类繁多，可以说几乎没有两类不同的工作使用完全相同的真空系统，而得到满意的结果，也就是说大多数都具有较鲜明的“个性”。

但是，任何真空系统都存在“共性”，即都有一个基本的构架，需要由以下几个部分组成。

真空室（即待抽的空间或镀膜室或溅射室）、真空泵（视实验真空度的要求而定，确定使用那种真空泵或真空泵组）、各种阀门、真空规、连接管道和其它附属设备，这些部件综合在一起就组成了真空系统。

一个典型的真空系统框架如图8.1.1-1所示。

系统低真空由图8.1.1-1中的前级泵完成，从大气开始工作，进行预抽，使系统达到低真空，对于只要求低真空的实验装置如“SBC-12 小型直流溅射仪”、“低真空干燥箱”等，只需要前级泵或真空泵组。

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。

实验4磁控溅射法制备薄膜材料实验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。