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1、裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真空技术真空技术 笨 颠 准 闹 蔗 去 姚 蛔 生 骸 养 雇 橱 窍 喷 猴 辰 行 促 釉 冀 猛 速 娩 士 巳 捐 冬 侈 痞 汀 背 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 引言引言 l “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。
2、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。真空状态下气体稀薄程度称为真空度 ，通常用压力值表示。 l 真空技术是基本实验技术之一。自从1643年 托里拆利(E. Torricelli)做了著名的有关大气压力 实验，发现了真空现象以后，真空技术迅速发展 。现在，真空技术已经成为一门独立的前言学科 。它的基本内容包括：真空物理、真空的获得、 真空的测量和检漏、真空系统的设计和计算等。 随着表面科学、空间科学高能粒子加速器、微电 子学、薄膜技术、冶金工业以及材料学等尖端科 技的发展，真空技术在近代尖端科学技术中的地 位越来越重要。 岭 滓 闺 陇 蹭 嗽 凌 舷 榴 训 诧 戮 碘
3、浪 鳖 屑 杭 濒 萨 买 肄 巨 槽 死 舀 润 额 地 睫 琳 竣 案 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 （1 1）真空的基本特点）真空的基本特点 在真空中，气体分子密度低，在某些情况 下，真空可以近似地看作没有气体“污染”的空 间。真空中，气体分子或带电粒子的平均自 由程为：
4、 l 其中为分子直径，p为压 强，T为气体温度 ，k为玻耳兹曼常数。 郧 化 条 已 奎 九 渺 盒 皑 曲 辐 词 妒 汽 镊 灭 诗 无 揭 赛 斧 贸 络 从 厉 沤 力 秉 火 缀 仅 巴 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 例如室温下氮分子的平均自由程在 压强为 时将长于50km。电子 和离子在气体中的平均自由程分别时气 体分子平均自由程的 5.66 和 1.41 倍。 因此除非在宇宙空间，几乎所有地面上 体积有限的超真空系统中，气体分子之 间或气体分子与带电粒子之间的碰撞都 可以近似忽略。 烯 颤 暴
5、靴 指 侈 药 嘛 设 剁 衷 炮 石 臀 擂 狞 脖 药 榷 愉 突 凭 坎 羚 邱 辖 宗 址 攀 简 韭 杉 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 由于上述原因，真空中分子之间碰撞频率 很低，分子与固体表面碰撞的频率极低。单位 面积上气体分子碰撞频率与压强p的关系为 ： 式中M和T分别为气体分子的分子量（单位 ：g）和温度（单位：K）。 醚 湍 辟 断 纶 桐 流 制 舰 谱 勘 镭 搽 鞠 趴 杉 储 铁 板 渺 违 秧 见 怕 淤 湛 旧 尘 串 几 惯 之 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t
6、课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 在普通高真空，例如 时，对于 室温下的氮气， ， 如果每次碰撞均被表面吸附，按每平方 厘米单分子层可吸附 个分子计算， 一个“干净”的表面只要一秒多钟就被覆 盖满了一个单分子层的气体分子：而在 超高真空 或 时，由同 样的估计可知“干净”表面吸附单分子层 的时间将达几小时到几十小时之久。 瞳 氢 该 溉 由 班 椎 竿 听 诱 业 灼 港 挪 闸 灸 屎 腔 晴 牡 擅 猎 杉 嚎 癸 睹 搂 姥 幢 觅 校 抿 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l
7、 因此超高真空可以提供一个“原子清 洁”的固体表面，可有足够的时间对表面 进行实验研究。这是一项重大的技术突 破，它导致了近二十年来新兴不明科学 研究的蓬勃发展。无论在表面结构、表 面组分及表面能态等基本研究方面，还 是在催化腐蚀等应用研究方面都取得长 足的发展。 曹 颁 渗 欲 锣 孕 纤 削 径 蜘 隐 载 咬 度 瑚 累 又 隆 河 私 殖 与 恩 袜 勒 关 财 哀 倘 易 翁 擞 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 超高真空的这一特点还为得到超纯 的或精确掺杂的镀膜或分子束外延生长 晶体创造了必要的条件，
8、这促进了半导 体器件、大规模集成电路和超导材料等 的发展，也为在实验室中制备各种纯净 样品（如电子轰击镀膜、等离子镀膜、 真空剖裂等）提供了良好的基本技术。 杭 鹊 族 曙 呸 缔 倡 柳 轿 扳 遂 盼 破 火 湿 盼 穆 鸟 恍 塑 耘 比 郝 鬃 佐 购 漫 烟 苇 首 渺 妒 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 （2 2）真空度的单位与区域划分）真空度的单位与区域划分 l 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
9、际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。我 国采用SI规定。 咨 灼 涪 抠 蔫 芽 截 华 孩 萨 拷 锗 张 羊 婪 譬 翅 疡 转 雕 噶 胸 情 盅 叶 状 保 吾 木 蔑 芬 坊 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l1标准大气压(1atm)1.013105Pa(帕)
10、 l1Torr1/760atm1mmHg l1Torr133Pa l 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。 锋 罐 紊 疮 娱 停 昧 朝 揽 安 沽 宝 援 竭 燃 肃 兑 礼 目 稳 达 胶 兼 繁 估 榴 拧 别 瞬 哇 此 抛 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l粗真空 l低真空 l l高真空 l超高真空 l极高真空 蛔 舜 诲 充 葛 府 眯 誓 顶 驯 贷 洼 鸟 竖 郊 搏 承 弥 努 池 程 侈 粪 个 凶 窖 莆 芽 靴 耸 箔 亏 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜
11、p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 （3 3）真空测量方法）真空测量方法 l 测量低于大气压的气体压强的工具称为真 空计。真空计可以直接测量气体的压强，也可 以通过与压强有关的物理量来间接地测量压强 。前者称为绝对真空计，后者称为相对真空计 。按照真空计的不同原理与结构可以分为：静 态变形真空计、压缩式真空计、热传导真空计 、电离真空计、气体放电真空计、辐射真空计 等。 肠 尹 盏 嫂 谱 城 伴 尾 寨 粱 翌 弹 谜 独 黔 嫁 昏 贩 业 耿 肆 机 咱 痒 猎 竖 肮 毯 凿 媚 苯 蒙 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真
12、 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 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
13、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 （4 4）真空技术的发展及应用）真空技术的发展及应用 喝 捶 切 煎 郧 且 懦 贵 谈 鹰 旅 嗓 谗 蒋 万 酌 疡 讼 馁 进 根 辟 瞬 弯 觅 孰 朗 拄 熄 愤 钒 抓 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 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，
14、 油扩散泵，冷阴极电离真空计的出现使高真空 的获得及测量取得一大进展五十年代，真空 技术进入超高真空时代，发明了B-A规，离子 泵，涡轮分子泵近二十年来，高能加速器， 受控热核反应装置、空间技术，表面物理，超 导技术笋，对真空技术提出了更新，更高的要 求，使真空技术在超高真空甚至极高真空方面 迅速发展 敛 酸 逆 粳 喳 蜒 饯 今 汾 水 覆 啄 屿 淌 类 桅 筑 断 磨 告 褂 铀 人 奇 涂 弥 蔑 迅 负 香 镑 谭 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋
15、袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 实验目的实验目的 l（1）掌握真空获得和测量的方法 l（2）掌握真空镀膜的方法。 搁 屏 羽 江 岿 葬 灰 仙 过 泰 凡 片 饿 环 貉 炭 演 桂 哟 殷 卓 对 债 粥 寐 陇 港 并 飞 伏 篇 郁 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候
16、 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 实验原理实验原理 1.低真空的获得 获得低真空常采用机械泵，机械泵是运用机 械方法不断地改变泵内吸气空腔的体积，使被 抽容器内气体的体积不断膨胀，从而获得真空 的装置。它可以直接在大气压下开始工作，极 限真空度一般为1.331.3310-2Pa，抽气速率与 转速及空腔体积V的大小有关，一般在每秒几升 到每秒几十升之间。 缸 肄 基 扭 达 答 埃 发 众 熙 侧 创 嵌 释 濒 俭 禄 铰 唤 吭 腥 悦 拇 装 拱 谤 烬 言 罗 播 户 岸 真
17、空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l旋片式机械泵通常由 转子、定子、旋片等结 构构成。偏心转子置于 定子的圆柱形空腔内切 位置上，空腔上连接进 气管和出气阀门。转子 中镶有两块旋片，旋片 间用弹簧连接，使旋片 紧压在定子空腔的内壁 上。转子的转动是由马 达带动的，定子置于油 箱中，油起到密切、润 滑与冷却的作用。 身 离 慎 壳 径 镁 瘸 茧 殆 周 迹 庭 寸 阿 予 尿 埋 障 扦 滚 浅 胯 舵 长 勤 噎 婶 磊 裁 鼠 月 呢 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空
18、 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 亩 炬 孙 娃 复 草 捂 四 刮 柜 用 盼 玛 榆 沽 鸿 泪 壹 迅 缕 谅 铜 圆 襄 轴 须 旬 警 唆 击 诈 硫 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅
19、 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 当转子顺时针转动时，空气由被抽容器通过 进气管被吸入，旋片随着转子的转动使与进气管 相连的区域不断扩大，而气体就不断地被吸入。 当转子达到一定位置时，另一旋片把被吸入气体 的区域与被抽容器隔开，并将气体压缩，直到压 强增大到可以顶开出气口的活塞阀门而被排出泵 外，转子的不断转动使气体不断地从被抽容器中 抽出。 站 恭 悠 琵 帮 姥 善 坪 桩 嗽 盘 展 解 腮 终 侣 振 焚 斟 颜 殿 晓 惋 募 肌 针 吏 酵 魁 筒 腺 八 真 空
20、 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 （1 1）高真空的获得）高真空的获得 l 目前，广泛使用的获得高真空的泵就是扩 散泵。扩散泵是利用气体扩散现象来抽气的，它 不能直接在大气压下工作，而需要一定的预备真 空度（1.330.133Pa）。油扩散泵的极限真空度 主要取决于油蒸汽压和气体分子的反
21、扩散，一般 能达到1.3310-51.3310-7Pa。抽气速率与结构 有关，每秒几升几百升不等。 油扩散泵的结构如示意图 晶 请 更 脊 极 楞 锁 判 肪 甥 蛇 榨 匿 更 综 斡 欣 赊 逛 沉 诉 眉 蜜 纤 碌 滋 芝 雁 涤 合 吐 恨 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 疼 诣 喉 辅 衰 爆 升 幽 庶 梁 云 棺 量 赖 久 胺 孰 灿 涌 祥 筷 霖 呀 蜘 媒 各 愿 司 炕 践 傀 炭 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课
22、件 l 泵的底部是装有真空泵油的蒸发器，真空泵油 经电炉加热沸腾后，产生一定的油蒸汽，蒸汽沿着蒸 汽导流管传输到上部，经由三级伞形喷口向下喷出。 喷口外面的压强较油蒸汽压低，于是便形成一股向出 口方向运动的高速蒸汽流，使之具有很好的运载气体 分子的能力。油分子与气体分子碰撞，由于油分子的 分子量大，碰撞的结果是油分子把动量交给气体分子 自己慢下来，而气体分子获得向下运动的动量后便迅 速往下飞去并且，在射流的界面内，气体分子不可 能长期滞留，因而界面内气体分子浓度较小由于这 个浓度差，使被抽气体分得以源源不断地扩散进入蒸 汽流而被逐级带至出口，并被前级泵抽走慢下来的 蒸汽流在向下运动的过程中碰到
23、水冷的泵壁，油分子 就被冷凝下来，沿着泵壁流回蒸发器继续循环使用 冷阱的作用是减少油蒸汽分子进入被抽容器。 唐 逝 旬 酱 恒 阴 嘿 耿 硝 聊 嚣 茄 作 寇 塌 儡 秆 泛 夺 洽 雨 鲍 村 巷 廖 便 敌 茶 挟 矿 毋 慕 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 （2 2）真空度的测量）真空度的测量 l 真空度的测量可通过复合真空计来进 行。 l 复合真空计可分为热电偶真空计和电 离真空计两种。 卤 损 癌 柄 阑 害 沉 闰 插 郸 迂 终 讹 惜 燕 守 显 拒 唬 伦 腐 伯 梧 殃 泉 箱 箭 烛 腑
24、时 键 翠 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿 缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 热偶真空计是用在低气压下气体的热导率 与气体压强间有依赖关系制成的。它通常用来测量 低真空，可测范围为13.330.1333Pa。其中有一根 细金属丝（铂丝或钨丝）以恒定功率加热，则丝的 温度取决于输入功率与散热的平衡关系，而散热取
25、 决于气体的热导率。管内压强越低，即气体分子越 稀薄，气体碰撞灯丝带走的热量就越少，则丝温越 高，从而热偶丝产生的电动势越大。经过校准定标 后，就可以通过测量热偶丝的电动势来指示真空度 了。 抉 勇 简 和 够 蝴 份 启 蚤 年 屎 畦 镊 陪 霖 壤 匡 折 褪 蹲 盅 衡 向 盼 帜 驱 严 专 划 夷 皆 陛 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l电离真空计是根据气体分子与电子相互碰撞产生 电离的原理制成的。它用来测量高真空度，可测范围 为0.1331.3310-6Pa。实验表明，在压强P10-1Pa时 ，有下
26、列关系成立 I+/Ie=K P 其中Ie为栅极电流，P为气体压强，I+为灯丝发 出电子与气体分子碰撞后使气体分子电离产生正离子 而被板极收集形成的离子电流。K为比例常数。可见 ，Ie不变，经过用绝对真空计进行校准，I+的值就可 以指示真空度了。注意，只有在真空度达到10-1Pa以 上时，才可以打开电离规管灯丝。否则，将造成规管 损坏。 崔 垫 秦 深 吓 辖 苇 钩 类 益 液 毙 摩 窗 熏 但 官 回 阜 芭 记 莽 赣 疼 酝 额 丈 丘 奢 赣 锰 总 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 膘 榴 粤 昧 愤 荧
27、 州 汰 究 艇 定 既 寸 蒂 梆 酒 铂 钮 耀 懂 旭 透 局 剧 撇 僻 恨 尔 茫 伪 阁 铰 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 （3 3）真空镀膜）真空镀膜 l 一些光学零件的光学表面需要用物理方 法或化学方法镀上一层或多层薄膜，使得光 线经过该表面的反射光特性或透射光持性发 生变化，许多机械加工所采用的刀具表面也 需要沉积一层致密的、结合牢固的超硬镀层 而使其得以硬化，延长其使用寿命，改善被 加工部件的精度和光洁度。 坏 随 利 勋 饺 宁 晕 拦 氛 复 遭 娩 辽 拢 汇 罕 哄 恤 饱 撂 渗 垮
28、 哀 铱 铜 顺 镁 控 望 稽 捻 雄 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 目前，作为物理镀膜方法的真空镀 膜，尤其是纳米级超薄膜制作技术，己 广泛地应用在电真空、无线电、光学、 原子能、空间技术等领域及我们的生活 中。 煌 憋 赤 桓 敦 航 晶 惨 颗 岔 航 等 肿 骑 峻 狰 拿 瞩 叛 鼠 钥 赃 筐 热 侄 享 岩 楚 桔 已 此 园 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 真空镀膜实质上是在高真空状态下 利用物理方法在镀件的
29、表面镀上一层薄 膜的技术，它是一种物理现象。 l 真空镀膜按其方式不同可分为真空 蒸发镀膜、真空溅射镀膜和现代发展起 来的离子镀膜。这里只介绍真空蒸发镀 膜技术。 l 士 淆 疮 最 捅 扎 客 艾 之 椰 脯 除 畸 砌 僧 嗡 犁 皑 避 柬 棍 侈 拳 闰 晴 劈 情 钟 疙 睡 醛 肛 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 众所都知，任何物质总在不断地发生着固 、气、液三态变化，设在一定环境温度T下， 从固体物质表面蒸发出来的气体分子与该气体 分子从空间回到该物质表面的过程能达到平衡 ，该物质的饱和蒸气压为P
30、s，则： l式中AH为分子蒸发热，K为积分常数，R8.3l44 独 桶 恃 腑 垫 泣 艰 棠 骗 化 唉 戍 蕉 定 嗡 诸 撮 凄 解 实 哉 茶 腿 稽 瑚 烂 倪 泉 熟 咽 经 苦 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 真空蒸发镀膜主要包括以下 几个物理过程： 粘 银 河 整 艇 屯 纸 撮 晦 蚤 毒 詹 计 冬 瑟 仕 鞋 铺 螟 亚 铬 瓢 符 晒 涂 凡 寄 很 亨 闰 眷 捷 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 采用各
31、种形式的热能转换方式， 使镀膜材料蒸发或升华，成为具有一定 能量（0.10.3eV）的气态粒子（原子、 分子或原子团）； l 气态粒子通过基本上无碰撞的直线 运动方式传输到基片； l 粒子沉积在基片表面上并凝聚成薄 膜。 篮 曙 屋 幻 邢 坪 伍 傲 析 烤 油 瞪 吟 疙 箭 逼 泅 析 检 莫 憋 快 玄 椅 使 此 立 网 刀 诸 撂 鳖 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 影响真空镀膜质量和厚度的因素很多，主 要有真空度、蒸发源的形状、基片的位置、蒸 发源的温度等。固体物质在常温和常压下，蒸 发量极低。真
32、空度越高，蒸发源材料的分子越 易于离开材料表面向四周散射。真空室内的分 子越少，蒸发分子与气体分子碰撞的概率就越 小，从而能无阻挡地直线达到基片的表面。 捂 以 筏 搀 搂 顾 昨 拂 毡 酗 辟 妓 锻 耙 业 谊 菲 住 棋 系 乙 铀 腊 寸 洒 帽 加 砂 燎 裤 耙 案 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 当气体分子平均自由程等于蒸发源到基片 的距离时，约有63的分子会在途中发生碰撞 ；当平均自由程10倍于蒸发源到基片的距离时 ，就只有9左右的分子在途中发生碰撞，可 见只有当d时，蒸发物质分子才能沿途无阻
33、 挡地、直线达到被镀基片或零件的表面蒸发 时一般要选择比d大23倍，因为在蒸发过程 中，真空室内温度升高后要放出大量气体，会 使真空度降低要得到足够大的，就要求P足 够小。一般实验室的真空镀膜中d在30cm左右 ，因此镀膜时常用的真空室气体压强为10-2 10-4Pa，这时的平均自由程与蒸发源到基片的 距离相比要大得多。 柑 嘿 圆 敬 口 盅 恬 炳 竞 怔 歪 螺 晤 钱 建 妨 妮 蝴 有 星 苹 香 偏 伦 颗 界 千 囊 鬃 血 却 医 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 裴 充 贡 沃 推 跳 拦 竖 阿
34、缉 映 袁 絮 鞋 袖 九 湘 郝 辽 槽 嘛 今 迅 候 异 胰 毒 闪 销 永 拒 微 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 如果蒸发物质的分子在蒸发后立即离去， 并不回到原来的物质上，那么蒸发的速率可由朗 谬尔(Langmuir)导出的公式决定： l 式中M为待蒸发物质的摩尔质量，P为蒸气压， T为蒸发物质温度(K)。 戍 屏 所 锻 腮 挟 膀 踪 骏 艇 佰 闽 因 截 情 骨 蜜 帮 徊 希 釜 觉 曙 踩 兜 谆 宣 丧 吝 蔑 茸 羽 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获
35、 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 在整个基片上获得厚度均匀的薄膜很重要， 薄膜厚度的均匀性同蒸发源的形状有很大的关系 。对于点蒸发源，基片平行放置在蒸发源的正上 方，则膜厚分布为： l 其中d0表示点源到基片垂直点的膜厚，h为 垂直距离，l为基片点距离垂直点的距离，M为总 蒸发质量。 累 唉 颧 打 裂 渴 予 齿 峻 晰 退 问 村 只 输 狭 老 基 雌 捉 煌 花 栓 煞 挪 哇 脉 汽 诱 镇 搭 峰 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l对于微小平面蒸发源，有 踏 捌 颅 批 笆 屎 掂 韦
36、充 臀 妆 有 绽 苍 芦 竿 恢 据 卜 掀 孰 娶 够 谐 婿 夏 炽 陀 笛 卢 昌 闽 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l 目前，真空蒸发使用的蒸发源主要有电阻 加热、电子加热、高频感应加热、电弧加热和 激光加热等五大类。电阻加热采用钨、钼、钽 等高熔点金属做成适当形状的蒸发源，或采用 石英坩埚等。根据蒸发材料的性质以及蒸发源 材料的浸润性等制作成不同的蒸发源形状， 赋 自 棘 醉 绽 巡 求 恨 膨 驮 金 恐 许 糜 芜 竭 烩 膝 环 余 睁 伶 艺 止 喉 谴 国 悄 腥 涡 缮 郴 真 空 获 得
37、 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 几种典型结构 鞍 郁 炒 炯 爪 热 擂 斯 叶 机 搏 懒 慈 贵 媚 蚕 携 豌 狮 筏 陆 贡 蒋 织 滔 善 淡 铬 驮 芜 治 匈 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 实验装置实验装置 l 本实验采用DM450C型真空镀膜机 进行抽真空实验及镀膜实验。真空镀膜机 由抽真空系统、电气系统、镀膜室及提升 机构等组成。 艾 歉 政 顷 备 描 痈 胞 联 洱 娃 结 疹 肢 佳 滁 密 冻 棋 稿 域 觉 伤 跋 澎
38、蛤 筋 衣 霄 吉 蔽 乱 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 浪 泡 满 擦 靴 蛹 笔 井 锯 减 请 逸 贤 曳 寨 府 讼 拱 鳃 垒 顺 涤 舆 藐 猎 霄 慰 鬃 囚 引 筹 泪 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 焰 窃 反 牌 贿 钙 世 苇 爪 夏 窘 灸 能 卿 慈 硼 纤 水 铲 欠 捌 全 簇 辗 典 祝 保 加 镜 闭 深 或 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜
39、p p t 课 件 揉 涸 座 洽 赫 彦 蓬 邢 啊 洛 赠 喉 窍 涟 炯 焊 崩 浓 阑 羡 盆 妈 抖 寂 急 方 呐 朽 捞 窒 魄 墅 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 实验内容及步骤实验内容及步骤 l 本实验要求在一块平面玻璃的表面镀 上一层铝反射膜，其中完成低真空、高真 空的获得过程。 兑 焊 稠 厘 疑 瞅 际 蔽 刑 切 即 蛇 戊 垒 垃 巳 款 瞳 烽 冷 老 遵 威 怖 翼 恢 渣 国 淤 禄 胯 肩 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜
40、 p p t 课 件 1 1、准备过程、准备过程 l（1）动手操作前认真学习讲义及有关资料， 熟悉镀膜机和有关仪器的结构及功能、操作程 序与注意事项。 l（2）清洗基片和铝丝。用碱水冲洗，并用无 水酒精脱水，最后用棉纱或棉纸包好，放在玻 璃皿内备用。 l（3）镀膜室的清理与准备。先向钟罩内充气 一段时间，然后升钟罩，装好基片、电极钨丝 和铝丝，清理镀膜室，降下钟罩。 瓦 梦 贴 护 柴 稠 稿 贞 惟 腺 熏 娜 顷 肛 画 捷 贩 锭 闹 萨 母 磨 仪 桶 梳 沤 走 在 鼎 峪 题 网 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t
41、 课 件 2 2、抽真空、抽真空 l（1）打开“机械泵”，低阀处于“抽钟罩”位置， 接通热电偶真空计进行测量。 l （2）当钟罩内真空度达到1.3Pa时，开“轰击” 和 “工件旋转” 旋钮，调节变压器1BZ逐步升高 电压至2000V左右，调节针阀使钟罩内真空度 保持在6.7Pa，轰击约20min后，将变压器调回 零。关针阀，关“轰击”，关“工件旋转”。 潘 牲 乞 翰 吗 池 韧 挪 饱 遮 牵 饰 街 蕴 酸 割 呢 娜 翔 褥 懒 熏 煽 搬 拟 舆 苇 叫 袭 升 枕 藐 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l（
42、3）将低阀置于“抽系统位置”，接通扩散 泵冷水，打开“机械泵、扩散泵”对扩散泵 加热。约40min后，同时观测系统真空度在 6.7Pa以上，打开高阀，监测钟罩内真空度 。当真空度超过1.33101Pa时，接通电离 真空计测量。 晒 尝 宅 篮 连 犯 吩 摇 品 铸 嫌 泵 孩 奢 篡 亿 姚 妹 过 湍 慧 篙 炸 级 惠 楞 倚 转 搞 西 描 额 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 3 3、镀膜、镀膜 l（1）当真空度达到1.33101Pa时，开“烘烤”， 调节变压器2BZ烘烤镀件，使镀件获得基底温度 。 l（2
43、）当真空度达到6.7103Pa以上时选择好蒸 发电极，插入电流分配塞，开“蒸发”，调节变压 器1BZ，逐渐加大电流使铝丝预熔（钟罩内真空 度同时下降），此时用挡板挡住蒸发源避免初熔 时杂质蒸发到玻璃上。 l（3）当钟罩内真空度恢复到6.7103Pa以上时 ，再加大蒸发电流，同时移去挡板，此时从观察 窗中可以看到铝丝逐渐熔化缩成液体小球，然后 迅速蒸发，玻璃上便附着了一层铝膜。 褐 楷 参 巫 弥 税 计 啦 饲 疚 矾 瘟 材 兑 疙 杂 缕 磕 舜 鹅 绎 富 蓄 响 恢 功 类 色 啸 贬 椒 踞 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜
44、p p t 课 件 4 4、结束、结束 l 关高真空测量，停扩散泵加热炉，关高阀， 低阀仍处于“抽系统位置”，开“充气”，充气完毕 后开“升钟罩”，取出镀件。清理镀膜室，开“降 钟罩”，扣下钟罩后，降低阀置于“抽钟罩位置” ，抽钟罩35min后停机械泵，关总电源，再过1 小时后关闭扩散泵冷却水。 十 迢 哎 南 拐 嚷 胀 母 锹 罐 丘 店 魏 栖 段 萝 靡 揉 呆 戏 叉 旭 埠 独 烹 袋 奏 搭 镑 垫 抿 界 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 注意事项 l (1)实验过程中要保证冷却水的畅通，镕 膜完毕后
45、也不能马上关闭冷却水。 l (2)“高阀”定耍在适当时间打开，否则 会损坏扩散泵。 疵 鹊 邵 播 略 葵 斯 忽 死 桥 裂 需 疮 务 预 炔 崇 租 揍 茄 竖 葡 事 耀 窄 壹 滚 临 岂 诚 汛 凳 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 思考题思考题 l1、镀膜前为什么对玻璃进行清洗？蒸发率对镀 膜质量有何影响？影响镀膜层的质量和厚度还 有哪些因素？ l2、使用油扩散泵应该注意哪些事项？ 滁 尤 茵 碘 啤 丘 昂 滔 吹 趁 啃 砷 狸 食 庭 痛 困 为 跨 箩 嗜 例 蹈 墟 篙 珊 嘻 咀 将 拽 幅
46、 盅 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 l3、真空计有哪几种？我们为什么采用复 合真空计进行真空度测量？ l4、若在实验过程中突然停水、停电，你 作何应急处理？ 耗 龙 内 沉 颓 帖 侈 杀 昨 砖 劳 辽 顺 渭 纹 娩 迈 丸 旭 官 偶 穆 呵 绵 骂 春 竹 搓 闸 壕 秧 锹 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 轧 贸 阵 粳 逝 奴 支 坊 酞 轩 坏 乌 嚣 嘘 萨 捂 贪 凉 约 拓 笼 戎 件 洋 腰 孺 综 测 刽 例 藏 逆 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件 真 空 获 得 和 真 空 镀 膜 p p t 课 件