| GTDM-1 直流磁控溅射镀膜装置 | ||||||||
| 前言 磁控溅射技术是在普通直流溅射技术的基础上发展起来的。早期的直流溅射技术是利用辉光放电产生的离子轰击靶材来实现薄膜沉积的。但这◇种溅射技术的成膜速率较低，工作气压高(2～10Pa)。为了提高成膜速率和降低工作气压，在靶材的背面加上了磁场，这就是最初的▆磁控溅射技术。 磁控溅射法在阴极位极区加上与电场垂直的磁场后，电子在既与电场垂直又与磁场垂直的方向上做回旋运动，其轨迹是一圆滚线，这样增加了电子和带电粒子以及气体分子相↓撞的几率，提高№了气体的离化率，降低了工作ξ 气压，同时，电子☆又被约束在靶表面附近，不会达到阴（阳）极，从而减小了电↑子对基片的轰击，降低了由于电子轰击而引起基片温度的升高。 采用直流磁控溅射时，对于制备金属薄膜没有多大卐的问题，但对于绝缘材料，会出现电弧放电和“微液滴◆溅射”现象，严重影响了系统√的稳定性和膜层质量。为了解决这一问题，人们采用了射频磁控溅射技术，这样靶材和基底在射频磁控溅射过程中相当于一个电容的充放电过程，从而克』服了由于电荷积累而引起的电弧放电和“微液滴溅射”现象的发生。 主要用途：本设备主要用于大专院校研究和开发纳米级单层膜；如各种硬质膜、金属●膜等薄膜材料。可以进行直接溅射，亦︻可以实现反应溅射。 主要特点：结构简捷、操作简便，真空维护方便，安全可靠。 | ||||||||
| 安★装环境要求 镀膜机应安装在干净无尘埃、无↘腐蚀性气体的室内，并具备清洁水源、及220V的稳定电压等条件的地方。 1、地面的基本水平度要经过调整，不得高低不平； 2、环境温度：10℃～30℃； 3、相对湿度：不大于75%； 4、耗水量：约0.2T/h； 5、水质要求：矽酸硬度<6度，PH值：7－8，电导率：200us/cm,沉积率：<200mg/L。 6、电压： 220V，50Hz， 电压波动范围：198～231V； 频率波∏动范围：49～51Hz; 7、水压：0.3～1Kg/cm2或0.03～0.1MPa/cm2; 8、充入气体纯度99.9%或以上; 9、镀膜用耗材纯度99.9%或以上。 | ||||||||
| 设备规格♂参数 | ||||||||
| 1、溅ξ射处理室： 1) 钟罩：内径225mm×高度260mm； 2) 试样台：直径80mm（最大）； 3) 试样旋转：静止； 4) 挡板：手动； 5) 衬底加热器：不△锈钢加热器（DC24V）； 6) 衬底温度范围：室温～200℃； 7) 衬底可调距离：20mm～60 mm； 8) 溅射室极限∮真空：6.7×10-1 Pa 2、真空系统： 1) 抽气系统：由机械泵组成的一级真空系统； 抽气速率：4L/S 2) 真空检测：电阻真空Ψ计、电阻规； 3) 常用真空度：1～20Pa 4) 操作：手动 | 3、溅射电源： 1) 溅射电源：空载电压：≥1000V， 工作电压：200～800V 功率：1KW 2) 供电：AC 220V； 3) 冷却方式：风冷； 4、 磁控靶： 1) 靶材直径：Ф50mm、永磁靶； 2) 靶材厚度：3～6mm； 5、进气系统：2路转子♂流量计进气 6、电源要求：AC 220V 50Hz 10A 7、气体要求：氩气--纯度99.9%(有特殊要求时使用高纯气体) 8、冷却要求：靶体水冷，溅射电源♂风冷 9、体积重量：体积：L550mm×W680mm×H1480mm；约120kg | |||||||
| 设备组成 | ||||||||
| DHRM-1射频磁控溅射镀膜装置主要由以下七部分组成： 1、溅射卐处理室； 2、真空系统； 3、操作控制系统； 4、整机供◥电系统； 5、充气系统（用户自备）； 6、衬底加热系统； 7、靶体冷却水▃系统。 设备结构 1、溅射室：在机柜上方的钟罩内。 2、真空系统：由机械泵、高真空手动挡板阀、钟罩、放气阀、 充气用转子↙流量计、电阻真空计和电阻规等组成。 3、电气系统：电气系统分控制部分▓和供电部分。 4、冷却水系统：由冷却水接头及进出水管路组成。 5、充气系统：高纯氩气沿氩气瓶-减压阀-导管-转子流量计- 导管-试样溅射Ψ室。 |
1、溅射处理室 2、真空控制阀门 3、直流溅射电源 4、控制面板 5、供电系统 6、供气系统 | |||||||
| 控制面板
| = 1 \* GB3 ① 电阻真空计 = 2 \* GB3 ② 温度【控制器 = 3 \* GB3 ③ DC电源指示灯 = 4 \* GB3 ④ 水压指示∞灯 = 5 \* GB3 ⑤ 告警指示 = 6 \* GB3 ⑥ 机械泵电源按钮 = 7 \* GB3 ⑦ 溅射电源按钮 = 8 \* GB3 ⑧ 衬底加热电源按钮 = 9 \* GB3 ⑨ 充气阀↘电源按钮 = 10 \* GB3 ⑩ 真空计电源按钮 | |||||||
| 供电系统
= 1 \* GB3 ①、总电源指示灯 = 2 \* GB3 ②、总电源开关 = 3 \* GB3 ③、电流指示表 = 4 \* GB3 ④、电压指↙示表←▂ | 电阻真空计
= 1 \* GB3 ①满度调节 = 2 \* GB3 ②零点调节 = 3 \* GB3 ③J1、J2输出LED指示灯 = 4 \* GB3 ④真空测ζ 量显示窗 | |||||||
| 温度控制器
|
= 1 \* GB3 ① 上显示窗，显示测量值PV、参数名称 = 2 \* GB3 ② 下显示窗，显示设定【值SV、报警代号、参数值等 = 3 \* GB3 ③ 设置键，用于进入参数设置状态、确认参数修☉改等∑ = 4 \* GB3 ④ 数据移位键（启动自整定） = 5 \* GB3 ⑤ 数据减少键 = 6 \* GB3 ⑥ 数据增加键＠ | |||||||
| = 7 \* GB3 ⑦ LED指示灯，OP1、AU1、AU2、RUN等分别「表示输出、辅助报警输出1、2和运行指△示灯。 基本显示状态：仪表「上电后，仪表上显示窗显示测量值（PV），下显示◇窗显示给定值（SV），该显示状态为仪表的基本显示状态。输入的测量信号超出量程时（如热电偶断线），则上显示窗交替显示“orA”字样及测量上限或下限值，此时仪表将自动停止控制输出。 | ||||||||
| 直流功率源 1、数字表头
= 1 \* GB3 ①电压指示数字表：单位V，指示直流脉冲输出电压； = 2 \* GB3 ②电流指示数＠ 字表：单位A，指示直流脉冲输出电流； 2、调节←电位器 = 3 \* GB3 ③电压调节电位器︽：调节此电位器改变输出电压，始端为电压输出最小值，调整终端为电↑压最大值（额定值）； = 4 \* GB3 ④电流调节电位器〖：调节此电位器改变输出电流，始端为电流输∮出最小值，调整终端为电流最大值（额定值）； 按键 = 5 \* GB3 ⑤远程/本地♀控制按键：双功能键，按此键改变电源控制方式，是本地控制和远程控制的转换键，看指示灯，一般情况下，开机时本键会处在本地控制方式，指示灯为绿ω色，此时远程的开机信号、关机信号，正、负脉冲，电压、电流给定、频率、占空比给定信号均失∩效，只有复位信号有效，要想转换远程控制，只要再按一下此键，指示灯为红色，既为远程∞控制，此时，电源面板开机键、关机键，电压、电流调◢节电位器失效。 = 6 \* GB3 ⑥开机按键：单功能键，按下开、开机指示灯变绿，电源开机； = 7 \* GB3 ⑦关机按键：单功能键，按下关、关机指示∞灯变红，电源关机； = 8 \* GB3 ⑧本地︻复位键：单功能键，电源出现故障，或截止保护¤，电源发出声、光报警，按此键复位。复位前一定查看清故障性质和□ 保护类别，以便处理，复位☆键为常有效键，不受本地/远程控制☆限制，如果按复位键，仍不能复位，这是由于故障点未解除，如过』热保护，待温度降下后，才能复位。 | ||||||||
| 真空溅射室
= 1 \* GB3 ①玻璃钟罩 = 2 \* GB3 ②热电偶、衬底ζ加热引线 = 3 \* GB3 ③衬底加热台 = 4 \* GB3 ④溅射挡板 = 5 \* GB3 ⑤磁控¤靶屏蔽罩 = 6 \* GB3 ⑥衬底盒支撑杆 = 7 \* GB3 ⑦衬底盒锁紧螺帽 = 8 \* GB3 ⑧挡板转轴 | 磁控靶
= 1 \* GB3 ①靶材紧固螺钉 = 2 \* GB3 ②溅射靶体 = 3 \* GB3 ③靶材压紧环 = 4 \* GB3 ④溅射靶材 | |||||||
| 设备安装 1、溅射室清洗、安装： 把工作台圆盘的塑料罩拆掉，对工作※台及上面的所有零部件表面进行彻底清洗，尤其是工作台上真空密封槽和大橡皮密封圈（Ο形圈），使其满足抽真空性能要求。其它所↑有溅射室内零部件均应彻底清洗满足高≡真空要求，备用。 2、盖钟罩： 将玻→璃钟罩进行清洗，必要时可用水清洗，最后用无水乙醇脱水◣、烘干，盖到工作台圆盘上。 3、机械泵的安装： 将机械泵提放到机柜↘后面，用真空波纹管与后面板上标有“抽气口”的管子用法兰连接起来，将机械泵电源连接到机箱内标有 “机械泵”字样的接线排接头处即可。 4、冷却水路安∏装：用φ16的水管一端插入标有“进水口”标识的水管接头，另一端连接到自来水管水龙头上，并用卡套锁紧；用另一根φ16的水管一端插入标有“出水口”标识的水管接头，另一端放在排水※池；水路安装要整齐，不得有漏水现∞象。 5、气瓶安装（用户自行安装）。 所有零件、部→件安装完后，要检查一至二㊣ 次,特别是螺栓紧固件及电气零件,更应重复检查多〗次，确认无误，方可试机。 | ||||||||
| 抽真空操作程序 按设备安装操作▼程序安装真空室； 抽真空前，应对设备进行一次全面的检查，所有开关均要处于断↙开状态，接好气源；接好水源。确认㊣无误后方可开机。 1、将“供电系统”面板上的 = 2 \* GB3 ②总电源开关合上，接通总电源， = 1 \* GB3 ①总电源指示灯点亮； = 3 \* GB3 ③电流指示表、 = 4 \* GB3 ④电压指示表」相应指示；同时“控制面板”上的 = 3 \* GB3 ③DC电源指示灯和 = 4 \* GB3 ④水压指示灯点♀亮； 如果 = 5 \* GB3 ⑤告警▓指示报警响起、 = 4 \* GB3 ④水压指示灯△没有点亮；请检查冷却水有没有接通！ 2、按下“控制面板”上的 = 6 \* GB3 ⑥机械泵电源开关红色】按钮，红色灯亮；启动机械泵；逆时针方向打开“前级阀”，对溅←射室抽气；开始时，机械泵抽气口有大量白色烟排出，这是正」常的。开始时，机械泵因负荷重，噪音较大，振动也较大，这也是正常的。运转数分钟々后，机械泵排出的白烟会减少，噪音，振动也会降低，机械泵的声音会发出有节拍的、干脆的声音，说明机械真空泵正＠ 常了。机械泵的油烟必须排到室外；（用户自备） 3、按下“控制面板”上的 = 10 \* GB3 ⑩真空计电◤源绿色按钮；测量溅射室内的⊙真空；连续抽气节至本底真空； 4、制备样品；（具体操作参考直流磁控々溅射法制备薄膜） 5、样品制备完成后，关ζ 闭射频电源—机械泵—衬底加热（如果打开）—真空计； 6、按下“控制面板”上的 = 10 \* GB3 ⑩真空计绿色按钮；绿色灯亮；延时数秒后放气阀●打开，开始放气。 7、第二批▃试样处理时反复操作。 | ||||||||
| 设备的保○养 一、真空室♀的维护： 1、每次镀膜后容器内表面和工件架上均会镀上〗一层膜层，随着膜层厚度的增加，每层膜间的隐◣藏的气体分子就会越多，而且镀上去的膜层越容易吸附气体，因而会影响到抽气的速度，使ω得工作周期延长，因此要经常清洗容器和工件架，保持工作室干净。 2、每日工作完后，将容器内衬◇板、挡板取出来，清洗干净； 3、每次镀完膜后，必须将真空室内的膜料粉尘用吸尘器清理干净； 二、真空室衬底架︻清洗与安装要求： 真空室内的衬底架，因受镀＠ 膜层覆盖，必须定期卸下清洗，否则因为镀层变厚而影响抽真空时间。 A、清洗方法： 1、机╳械清洗法：即用人工进▓行抛光、打磨，把所有膜层除去。 2、化学清洗法： 不锈钢件清洗液配方： 盐酸（HCL）5.5份；硝酸（HNO3）2份； 水2.5份（按重量计），再加2～3%尿素，温度70℃。 B、清洗过程： 去油，浸入配方，时间不能太长，膜层去↑掉即可，然后自来水冲洗，2～5%氨水中和，自来水冲洗，无水乙醇脱水，烘干。 清洗工作必须认真，未清洗完时不★能离开工作岗位，否则会损坏零件。 注意：全部零件清洗◆干净后，必须彻底烘干。安装时，必须戴上干净手套或手袜。 四、其它维护注意事项： 1、平时保持设备干净，设备周围工作※环境也必须保持干净、整洁； 2、定时检查水路、气路是※否畅通。注：定期清除水管内的水垢； 3、设备使用后真空室必须处在真空状态下； 4、设♂备每天工作完后，要把容器抽上真空，以防止灰尘等脏物进入≡真空室内，同时防止容器暴露在空气中吸附气体。否则会使№设备工作周期加长； 5、设备要接上良★好地线，并定期检查地电阻是否合格▅。 | ||||||||
| 膜层异常的原因判断¤和解决办法 1、膜层发黑时： a、可能是镀膜时真空度太低，需要调整工作真空度。 b、可能是真空室密封位置有漏ㄨ气，需要全面检漏。 2、膜层发黄时： a、可能是镀膜时〇间过长; b、可能是镀膜电流过大，需要调整镀膜工艺。 3、膜层脱膜时： a、可能是镀膜时真空度不够，需要调整工作真空度; b、可能是工件清洁不好※。 | ||||||||
|
| ||||||||
| 直流磁控◥溅射法制备薄膜 一、实验目的 1． 掌握磁控溅射法制◆膜的基本原理 2． 了解直流磁控溅射镀膜装置的操作过程及使用范围 二、实验原理 磁控→溅射原理Ψ ：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，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的★等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆▓周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量∮逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终沉积在基片上。 磁控溅射就是以磁场束缚和延长▼电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅○仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿。但一般基片〖与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用（E×B drift）使单个电子轨迹呈◎三维螺旋状，而不是仅↘仅在靶面圆周运动。至于靶面圆周型的溅射轮廓，那是靶源磁场磁力线呈圆周形状形状。磁力线分布方向不同会对成膜有很大关系。在（E×B shift）机理下工作的不仅仅只有磁控溅⊙射；多弧离子镀靶源，离子源，等离子源︾等都在该原理下工作。所不同的是电场方向，电压、电流大小而已。 磁控溅射的基本原理：是利用 Ar～02混合气体中的等离子体在电场和々交变磁场的作用〓下，被加速的高能粒子轰击靶材表面，能量交♀换后，靶材表面的原子脱离原晶格而逸出，转移到基体表＠面而成膜。 磁控溅射的特点：成膜速率高，基片温度低，膜的粘附性』好，可实现大面积镀膜。该技术可以分为：直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。 磁控溅射镀膜设备∮是在直流溅射阴极靶中增加了磁场，利用磁场的洛伦兹力束缚和延长电子在电场中的◢运动轨迹，增加电子与气体原子的碰撞机会，导致气ぷ体原子的离化率增加，使得轰击靶材的高能︼离子增多和轰击被镀基片的高能电子的减少。 | ||||||||
| 三、操作过程 1、用超声波发生＠ 器清洗衬底，清洗过程中加入洗液，清洗干净后用热吹风机◤干燥。干燥后，将基片倾斜45角观察，若不出现干涉彩【虹，则说明基片已清洗干净； 2、将衬底放入☉样品室内； 3、检查水源、气源、电源正↑常后，打开冷却水； 4、抽真空（按抽∮真空操作程序），溅射室内气压达到极限后； 5、机械◣泵仍然工作，开始充入Ar气体，顺时针方向关小机械泵前级阀， 同时调节转子流量计到一定流量，使Ar气压在5-10.0Pa； 6、按下“控制面板”上的 = 7 \* GB3 ⑦溅射电源红色按∩钮；接通直流磁控溅射电源；按“JX-MSD直流磁控溅射电源使用说明书”进行操作； 7、在两极之间加上直流溅射ω电源，对衬底进行溅射镀膜；根据№镀层度要求, 使溅射状态保※持一定时间； 8、样品制备完成后，关闭直流磁∴控溅射电源—机械泵—衬底加热（如果打开）—真空计； 9、按下“控制面板”上的 = 10 \* GB3 ⑩充气阀绿色按钮；绿色灯亮；放气阀打开，开始放气； 10、第二批试样处理时反复操作。 四、思考题： 1、磁控溅射镀膜仪有哪些类型？ 2、磁控溅射镀膜的适用范↘围？ | ||||||||
|
| ||||||||
| 五、装箱清单 | ||||||||
| 序号 | 配件名称 | 数量 | 序号 | 配件名称 | 数量 | |||
| 1 | GTDM-1型 直流磁控溅射镀膜装置 | 1 | 12 | O形圈φ3×1.8 | 10 | |||
| 2 | 机械泵（含充气阀） | 1 | 13 | O形圈φ236×5.3 | 2 | |||
| 3 | 玻璃钟罩 | 1 | 14 | 波纹管（KF25×800） | 1 | |||
| 4 | 衬底加热盒和上撑板★组件 | 1 | 15 | 法兰KF25配中心环O形圈 | 2 | |||
| 5 | 上撑板支撑杆 | 2 | 16 | 外径φ16水管 | 20米 | |||
| 6 | 载波片 | 1盒 | 17 | GTDM-1直流磁①控溅射镀膜装置使用说明书 | 1份 | |||
| 7 | 固定扳手M8-10 | 1 | 18 | JX-MSD直流磁控溅射电源使用说明书 | 1份 | |||
| 8 | 进气№管接嘴密封压圈 | 2 | 19 | AI-208型人∏工智能温度控制器使用说明书 | 1份 | |||
| 9 | 进气管接嘴密封螺帽（304） | 2 | 20 | ZDR电阻真空计系列使用说╱明书 | 1份 | |||
| 10 | 进气管接嘴（304） | 2 | 21 | 产品合格证 | 1份 | |||
| 11 | O形圈φ5×2.65 | 2 | 22 | 装箱清单 | 1份 | |||
