真空蒸发镀膜实验报告
真空蒸发镀膜实验报告
引言：
镀膜技术是一种常用的表面处理方法，它可以提高材料的光学、电学、磁学等性能。在镀膜技术中，真空蒸发镀膜是一种常见的方法。本实验旨在通过真空蒸发镀膜实验，探究其原理和应用。
一、实验原理
真空蒸发镀膜是利用物质在真空环境下的蒸发和沉积过程，将所需材料以原子或分子形式沉积在基材表面，形成一层薄膜。在真空环境下，物质的蒸发速度与环境压力成反比，因此通过调节真空度可以控制蒸发速度，从而控制薄膜的厚度。
二、实验步骤
1. 准备实验装置：将真空蒸发镀膜装置连接至真空泵，确保系统处于良好的真空状态。
2. 准备基材：清洗基材表面，确保表面干净无尘。
3. 准备镀膜材料：选择合适的镀膜材料，将其切割成适当大小的块状。
4. 蒸发源安装：将镀膜材料放置在蒸发源中，将蒸发源安装至真空腔室内。
5. 开始蒸发：打开真空泵，开始抽真空，待真空度达到要求后，打开蒸发源，开始蒸发镀膜。
6. 控制薄膜厚度：根据需要的薄膜厚度，调节蒸发源的功率和蒸发时间。
7. 结束蒸发：薄膜蒸发完成后，关闭蒸发源和真空泵，将装置恢复到常压状态。
8. 检查膜层质量：使用显微镜或其他测试设备检查膜层的均匀性和质量。 三、实验结果
通过本次实验，我们成功制备了一层金属薄膜。经过显微镜观察，我们发现薄膜均匀且质量良好。通过测量，我们得到了薄膜的厚度为300纳米。
四、实验讨论
1. 蒸发源选择：在真空蒸发镀膜实验中，蒸发源的选择对薄膜的质量和性能起着重要作用。不同的材料具有不同的蒸发特性，因此在实验前需要仔细选择合适的蒸发源。
2. 控制薄膜厚度：薄膜的厚度直接影响其光学和电学性能。在实验中，我们通过调节蒸发源功率和蒸发时间来控制薄膜的厚度。在实际应用中，可以通过监测蒸发速率和实时测量薄膜厚度来实现更精确的控制。
3. 薄膜质量检查：薄膜的均匀性和质量是评价镀膜效果的重要指标。在实验中，我们使用显微镜观察薄膜表面，确保其均匀性。在实际应用中，还可以使用光学测试仪器、电学测试仪器等进行更详细的检测。
图2-1 真空蒸发镀膜原理示意图
第二章 真空蒸发镀膜法
真空蒸发镀膜法（简称真空蒸镀）是在真空室中，加热蒸发器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。由于真空蒸发法或真空蒸镀法主要物理过程是通过加热蒸发材料而产生，所以又称热蒸发法。采用这种方法制造薄膜，已有几十年的历史，用途十分广泛。近年来，该法的改进主要是在蒸发源上。为了抑制或避免薄膜原材料与蒸发加热器发生化学反应，改用耐热陶瓷坩埚。为了蒸发低蒸气压物质，采用电子束加热源或激光加热源。为了制造成分复杂或多层复合薄膜，发展了多源共蒸发或顺序蒸发法。为了制备化合物薄膜或抑制薄膜成分对原材料的偏离，出现了反应蒸发法等。
本章主要介绍蒸发原理、蒸发源的发射特性、膜厚测量与有关蒸发的工艺技术。
§2-1 真空蒸发原理
一、真空蒸发的特点与蒸发过程
一般说来，真空蒸发（除电子束蒸发外）与化学气相沉积、溅射镀膜等成膜方法相比较，有如下特点：设备比较简单、操作容易；制成的薄膜纯度高、质量好，厚度可较准确控制；成膜速率快、效率高，用掩模可以获得清晰图形；薄膜的生长机理比较单纯。这种方法的主要缺点是，不容易获得结晶结构的薄膜，所形成薄膜在基板上的附着力较小，工艺重复性不够好等。
图2-1为真空蒸发镀膜原理示意图。主要部分有：（1）真空室，为蒸发过程提供必要的真空环境；（2）蒸发源或蒸发加热器，放置蒸发材料并对其进行加热；（3）基板，用于接收蒸发物质并在其表面形成固态蒸发薄膜；（4）基板加热器及测温器等。
真空蒸发镀膜包括以下三个基本过程：
（1）加热蒸发过程。包括由凝聚相转变为气相（固相或液相→气相）的相变过程。每种蒸发物质在不同温度时有不相同的饱和蒸气压；蒸发化合物时，其组分之间发生反应，其中有些组分以气态或蒸气进入蒸发空间。
（2）气化原子或分子在蒸发源与基片之间的输支，即这些粒子在环境气氛中的飞行过程。飞行过程中与真空室内残余气体分子发生碰撞的次数，取决于蒸发原子的平均自由程，以及从蒸发源到基片之间的距离，常称源—基距。
真空蒸镀金属薄膜工艺
一、概述
真空蒸镀金属薄膜是在真空条件下，将金属蒸镀在薄膜基材的表面而形成复合薄膜的一种新工艺。被镀金属材料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等，其中用的最多的是铝。在塑料薄膜或纸张表面（单面或双面）镀上一层极薄的金属铝即成为镀铝薄膜，它广泛地用来代替铝箔复合材料如铝箔/塑料、铝箔/纸等使用。镀铝薄膜与铝箔复合材料相比具有以下特点：
（1）大大减少了用铝量，节省了能源和材料，降低了成本，复合用铝箔厚度多为7～8pm，而镀铝薄膜的铝层厚度约为0.05nm左右，其耗铝量约为铝箔的1/140～1/180，且生产速度可高达450m/min。
（2）具有优良的耐折性和良好的韧性，很少出现针孔和裂口，无揉曲龟裂现象，因此对气体、水蒸汽、气味、光线等的阻隔性提高。
（3）具有极佳的金属光泽，光反射率可达97%；且可以通过涂料处理形成彩色膜，其装潢效果是铝箔所不及的。
（4）可采用屏蔽式进行部分镀铝，以获得任意图案或透明窗口，能看到内装物。
（5）镀铝层导电性能好，能消除静电效应；其封口性能好，尤其包装粉末状产品时，不会污染封口部分，保证了包装的密封性能。
（6）对印刷、复合等后加工具有良好的适应性。
由于以上特点，使镀铝薄膜成为一种性能优良、经济美观的新型复合薄膜，在许多方面已取代了铝箔复合材料。主要用于风味食品、农产品的真空包装，以及药品、化妆品、香烟的包装。另外，镀铝薄膜也大量用作印刷中的烫金材料和商标标签材料等。
二、镀膜基材
镀铝薄膜的基材主要是塑料薄膜和纸张。
真空蒸镀工艺对被镀基材有以下几点要求：
（1）耐热性好，基材必须能耐受蒸发源的辐射热和蒸发物的冷凝潜热。
（2）从薄膜基材上产生的挥发性物质要少；对吸湿性大的基材，在镀膜前理。
（3）基材应具有一定的强度和表面平滑度。
（4）对蒸镀层的粘接性良好；对于PP、PE等非极性材料，蒸镀前应进行表面处理、以提高与镀层的粘接性。
真空镀膜
实验目的
掌握真空镀膜的原理和正确操作。
实验原理
薄膜材料制备及应用
薄膜材料的制备是材料科学的一个分支，薄膜制备大体上分为：
化学气相沉积(chemical vapor deposition ; CVD)
– 借助空间气相化学反应在衬底表面上沉积固态薄膜。
物理气相沉积(physical vapor deposition ; PVD)
– 用物理方法将源物质转移到气相中，在衬底表面上沉积固态薄膜。
主要包括：真空蒸发； 溅射； 分子束外延等方法。
其中，熔点低于2000K的金属才能用于蒸发镀膜，难熔金属应采用溅射法镀膜。另外，由于有些金属会和蒸发源形成合金，故原则上每种镀材应有专用的蒸发源。
真空镀膜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内部空间中。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。 真空镀膜有两种方法,一是蒸发,一是溅射。本实验采用蒸发的方法，即在真空中把铝材加热蒸发，使其淀积在基片的表面上形成铝膜。
铝膜的优点和应用：
– 与硅基片、SiO2层、玻璃及陶瓷基片有较好的附着力，不易脱落。
– 电导率高，与N型、P型硅的接触势垒低，容易形成欧姆接触。
– 对抗蚀剂的选择性好，容易光刻和采用活性离子刻蚀。
– 与金丝、铝丝的可焊性好，适宜于热压焊和超声焊。
– 铝膜对气体有较好的阻隔性。 – 铝膜富有金属光泽，可作为装饰涂层。
– 铝膜反射率较高，可遮挡紫外线，可作为防紫外涂层。
– 高纯度铝成本底，易于蒸发或溅射，可获得高纯度的铝膜。
真空系统(DM—300B镀膜机)
蒸发源
