内容发布更新时间 : 2024/5/18 14:27:00星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

专题实验（二）： 真空的获得和镀膜实验

真空镀膜，是指在真空中把蒸发源加热蒸发或用加速离子轰击溅射，沉积到基片固体表面形成单层或多层薄膜，使得固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰等许多优于固体材料本身的优越性能。

真空镀膜的历史最早可追溯到19世纪，1842年英国的Grove和德国的Plücker相继在气体放电实验的辉光放电壁上观察到了溅射的金属薄膜，这就是真空镀膜的萌芽。但是，真正应用于研究的溅射设备直到1877年才初露端倪。迄后70年中，由于实验条件的限制，对溅射机理的认识长期处于模糊不请状态。所以，在1950年之前有关溅射薄膜特性的技术资料，多数是不可靠的。20世纪中期，只是在化学活性极强的材料、贵金属材料、介质材料和难熔金属材料的薄膜制备工艺中采用溅射技术。1970年后出现了磁控溅射技术，1975年前后商品化的磁控溅射设备供应于世，大大地扩展了溅射技术应用的领域。到了80年代，真空镀膜技术方从实验室应用技术真正地步入实用化大量生产的应用领域。

目前，镀膜技术已在现代科学技术和工业生产中有着广泛的应用。例如，光学系统中使用的各种反射膜、增透膜、滤光片、分束镜、偏振镜等；电子器件中使用的薄膜电阻，特别是平面型晶体管和超大规模集成电路也有赖于薄膜技术来制造；在塑料、陶瓷、石膏和玻璃等非金属材料表面镀以金属膜具有良好的美化装饰效果，有些合金膜还起着保护层的作用；磁性薄膜具有记忆功能，在电子计算机中用作存储记录介质而占有重要地位。

【实验目的】

1．了解真空技术的基本知识；

2．掌握低、高真空的获得和测量的基本原理及方法； 3．了解真空镀膜的基本知识；

4．学习掌握蒸发镀膜的基本原理和方法； 5．学习掌握利用椭圆偏振仪测量薄膜厚度。

【实验原理】

一、真空度与气体压强

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压强低于一个标准大气压的稀薄气体空间称为真空。在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减少，分子在一定时间内碰撞于固体表面上的次数亦相对减少，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流小，氧化作用少，气体污染小，汽化点低，高真空的绝缘性能好等诸多优点。真空技术是基本实验技术之一，真空技术在近代尖端科学领域，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，在工业生产中也有着广泛的应用。

真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分子数越少，表明真空度越高。由于气体分子密度不易度量，通常真空度用气体压强来表示，压强越低真空度越高。按照国际单位制(SI)，压强单位是牛顿/米2，称为帕斯卡，简称帕（Pa）。真空量度具备以下常用单位换算关系：

1标准大气压=760mmHg=760Torr 1标准大气压=1.013x105 Pa 1Torr=133.3Pa

按照气体空间的物理特性及真空技术应用特点，我们通常将真空划分为以下几个区域（见表1）：

表1 真空区域的划分及其特点和应用

真空区域 范围（Pa） 分子密度（cm） 平均自由层（cm） 距地高度（Km） -3粗真空 10～10 10～10 10～10 14～30 机械泵 吸附泵 -5-3191753低真空 10～10 10～10 10～10 30～90 机械泵 吸附泵 电阻真空计 热偶真空计 真空蒸馏、干燥、冷冻，真空焊接。 -317133-1高真空 10～10 10～10 10～10 90～440 扩散泵 分子泵 电离规 潘宁规 真空镀膜、真空冶金、粒子加速器。 7138-1-6超高真空 10～10 10～10 10～10 440～20000 分子泵 离子泵 低温泵 超高真空电离计 表面物理、热核反应、超导技术。 71282-6-12极高真空 <10 <10 <10 >20000 122-12抽气系统 测量仪器 U型管压差计 真空形成、真 应用举例 空浓缩、真空运输。 二、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

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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。真空泵的主要性能可由下列指标衡量：

（1）、极限真空度：无负载（无被抽容器）时泵入口处可达到的最低压强（最高真空度）。 （2）、抽气速率：在一定的温度与压力下，单位时间内泵从被抽容器抽出气体的体积，

单位（升/秒）。

（3）、启动压强：泵能够开始正常工作的最高压强。 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。

图1. 旋片式机械泵结构

图2. 选片式机械泵工作原理

图1是旋片式机械泵的结构示意图，它是由一个定子和一个偏心转子构成。定子为一圆柱形空腔，空腔上装着进气管和出气阀门，转子顶端保持与空腔壁相接触，转子上开有槽，槽内安放了由弹簧连接的两个刮板。当转子旋转时，两刮板的顶端始终沿着空腔的内壁滑动。整个空腔放置在油箱内。工作时，转子带着旋片不断旋转，就有气体不断排出，完成抽气作用。旋片旋转时的几个典型位置如图 2 所示。当刮板 A 通过进气口（图2（a）所示的位置）时开始吸气，随着刮板A的运动，吸气空间不断增大，到图2（b）所示位置时达到最大。刮板继续运动，当刮板A运动到图2（c）所示位置时，开始压缩气体，压缩到压强大于一个大气压时，排气阀门自动打开，气体被排到大气中，如图2（d）所示。之后就进入下一个循环，整个泵体必须浸没在机械泵油中才能工作，泵油起着密封润滑和冷却的作用。

机械泵可在大气压下启动正常工作，其极限真空度可达10Pa，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

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