电阻热蒸发真空镀膜机原理和使用.ppt

电阻热蒸发真空镀膜机原理及使用,张克雄 大连光电技术研发中心 2011-9-3,DM-300B型,蒸发镀膜原理,在真空条件下，通过加热蒸发源使蒸发源中的物质蒸发，蒸汽的原子或分子从蒸发源表面逸出，沉积到基片上凝结形成薄膜,热蒸发镀膜的三个物理过程,采用蒸发或升华把固态材料转变为气态 原子(分子)从蒸发源迁移到基片上 基片表面上膜粒子重新排列而凝聚成膜,镀膜机组成,镀膜室：主要包括四对螺旋状钨丝或舟状蒸发加热器；旋转基片支架；烘烤加热器；热电偶测温探头；离子轰击环；针阀；观察窗等 真空获得系统。它主要由机械泵、分子泵、高低真空阀、充气阀、电磁阀等组成 真空测量系统。它由热偶计和电离计组合的复合真空计而成，热偶计是用于测量低真空度，范围 10210-1 Pa，电离计是用于测量高真空度，范围 10-1 10-6Pa。 电路控制系统。它主要由机械泵、扩散泵、电磁阀控制电路和镀膜蒸发加热器控制电路、钟罩升降控制电路、基片支架旋转调速控制电路、烘烤加热温度控制电路、离子轰击电路等组成。,镀膜机示意图,真空单位及转换,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。,真空度划分,粗真空 低真空 高真空 超高真空 极高真空,低真空的获得（机械泵）,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。,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。,当转子逆时针转动时，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。,高真空的获得（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。极限真空度在10-5-10-7Pa,分子泵的分类,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。 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。 复合分子泵：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。,涡轮分子泵示意图,克努曾余弦定律,气体分子碰撞到一般的表面上反射时，与刚性球在刚性表面上遵从镜面反射规律完全不同。它的反射方向是一带有概率特征的随机事件。入射分子沿可能反射方向反射的概率,凡是反射方向落在CAD范围内的分子皆能由右侧到左侧一次通过叶列，而反射方向落在BAE范围内的分子显然不能通过而返回到右侧。 反射方向落在BAE范围内的分子皆不能通过而返回叶列左侧。而反射方向落在CAD范围内的分子才能从左侧到右侧一次通过叶列 由于CADCAD，即一次碰撞就可通过叶列的分子从右侧到左侧数量大于从左侧到右侧的数量。由于BAEBAE，即一次碰撞不能通过的分子返回在左侧的数量大于返回右侧的数量,如图所示的高速运动的叶列，与动轮相间排列的静轮，除了倾斜方向相反其余完全一样。气体分子从右侧到左侧的传输几率大于从左侧到右侧的传输几率,真空度测量（热偶真空计）,热偶真空计：利用热电偶的电势与加热元件的温度有关，元件的温度又与气体的热传导有关的原理来测量真空度的真空计。其中有一根细金属丝（铂丝或钨丝）以恒定功率加热，金属丝的温度取决于输入功率与散热的平衡关系，而散热取决于气体的热导率。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。 它通常用来测量低真空，可测范围为13.330.1333Pa。,真空度测量（电离真空计）,电离真空计：在一定条件下，气体分子与电子相互碰撞产生电离，待测气体的压力与气体电离产生的离子流呈正比关系的原理制作的真空测量仪器。它用来测量高真空度，可测范围为0.1331.3310-6Pa。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。,常用蒸发源材料及形状,钨(W，mp=3380) 钽(Ta，mp=2980) 钼(Mo，mp=2630) 碳(C，mp=3730),注意事项,蒸镀源高温下可能与材料反应，引入杂质 蒸镀温度有限，高熔点物质（如氧化物）无法蒸镀 蒸镀速率有限 不适合蒸镀化合物材料 镀膜质量不高,操作过程,开墙上电源、开循环水、开设备总电源 旋钮旋至“充气”档，往腔体充气（设备出现故障，直接拉后面的电磁阀） 旋钮旋至“钟罩升”档，放入蒸发源、样品等，更换观察窗口玻璃片 旋钮旋至“钟罩降”档，检查钟罩是否贴紧，再将旋钮旋至“关”状态 右旋钮至“机械分子泵”档，开始机械泵粗抽 低阀手柄拉至“抽钟罩”档，开始粗抽钟罩 开复合真空计、旋钮旋至“测量（左）”档，抽真空至1-2Pa（使用中间的量程） 低阀手柄推至“抽系统”档，开始粗抽系统，抽真空至5Pa 开高真空蝶阀，抽真空至2Pa,操作过程,开分子泵控制器电源，按下分子泵控制器的绿色按钮，启动分子泵 当真空度小于1Pa时，关闭热偶真空计，开启电离真空计，逐步调整电离真空计量程，抽真空至4-510-3Pa.至此，完成抽真空过程 将电离真空计量程调至10-2档，旋钮旋至“烘烤蒸发”档，根据实际情况，调节变压器，选择合适电流电压值，开始热蒸发镀膜过程。（注意：逐渐加大电流时，钟罩内真空度会下降，等钟罩内真空度恢复到4-510-3Pa时，再加大蒸发电流） 镀膜结束后，旋钮旋至“关”档，继续抽真空5min，待温度降低后，关闭电离真空计 关闭分子泵，当分子泵示数降至100时，关闭高阀；当分子泵示数降至0时，关闭机械泵和分子泵、关闭分子泵控制