影响真空蒸发镀膜膜厚的因素分析_高雁.pdf

太原科技2 0 0 8年第9期T A I Y UA NS C I T E C H 真空蒸发镀膜法 简称真空蒸镀 是在真空室 中 加热蒸发容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 形成蒸汽流 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 利用这种方法制造薄膜 已有几十年的历史 用途十分广泛 1 但在真空蒸发镀膜中 影响镀膜 质量的因素有很多 而膜厚是主要因素之一 本文 试图通过理论分析和实验研究的方法找到影响真空 蒸发镀膜膜厚的因素及其影响规律 1真空蒸发镀膜膜厚的理论分布 为了对膜厚进行理论计算 找出其分布规律 我们对真空蒸发过程作了一些假设 第一 在蒸发 原子或分子与残余气体分子之间不发生任何碰撞 第二 在蒸发源附近的蒸发原子或分子之间也不发 生任何碰撞 第三蒸发到基片上的原子不发生再蒸 发现象 上述假设实际上是说每个蒸发原子或分子 在 入射到基片表面的过程中均不发生碰撞 而且到达 基片后又全部凝结 当然 这与实际蒸发过程有所 出入 但是对于1 0 3帕或更低的压强下的真空蒸发 来说 这些假设是基本符合实际情况的 2 对于蒸发源 最理想的是一个极小的点状蒸发 源 该蒸发源蒸发时向各个方向均匀发射蒸气分 子 它的直径相对于蒸发源至基片表面的距离而 言是很小的 可以忽略不计 而且在蒸发时各个方 向上的物理性质均相同 设有M克物质从点状蒸 发源蒸发后凝结于半径为R的球壳表面上 若点源 位于球的中心 则球内表面上的膜层应该是均匀 的 因为各个方向上的物理性质均等 设蒸发前的物质体积为V 则V M 式中 为物质的密度 k g m 3 假设蒸发后物质完全凝结于球体内表面 设体 积为V 则V 4 R 2 t 式中 t为球体内表面膜层厚度 n m 由于蒸发前后物质的体积应相等 所以有 V V 故膜层厚度t为 t M 4 R 2 1 从式 1 可以看出 厚度t与蒸发源至球壳内 表面凝结点的距离的平方成反比 而与蒸发物的质 量成正比 但是 如果从点蒸发源蒸发至平面镜上 见图1 膜层厚度的分布就不按式 1 计算 此时膜层的厚度分布是不均匀的 因为平面镜 上的各点至蒸发源的距离不同 所以蒸气的入射角 也不相同 由于点源各向的物理性质相等 则每一 单位立体角 d 内蒸发的物质 d m 应该是相 等的 见图2 设有M克的物质从点源完全蒸发凝结于一平面 镜A O B上 则d m M 4 d 因为整个圆球对球心所包的立体角为4 故 除以4 任一球表面与所包立体角的关系为 d s 1 d r 2 影响真空蒸发镀膜膜厚的因素分析 文章编号 1 0 0 6 4 8 7 7 2 0 0 8 0 9 0 0 7 8 0 2 高雁 忻州师范学院物理系 山西忻州0 3 4 0 0 0 摘要 介绍了真空蒸发镀膜的基本原理 对蒸发镀膜过程中影响镀膜厚度的因素进行了理论计算和 实验分析 从而找出对镀膜厚度的影响规律 关键词 真空蒸发镀膜 薄膜厚度 镀料质量 中图分类号 O4 3 5文献标志码 A 收稿日期 2 0 0 8 0 6 1 9 修回日期 2 0 0 8 0 7 1 8 作者简介 高 雁 1 9 7 6 女 山西保德人 1 9 9 9年7月毕 业于首都师范大学 硕士 讲师 t 0 图1点源蒸发到平面基片上的 膜厚分布 d d s 2 d s 1 ABO h 0 图2点源对平面基片 蒸发的示意图 应用 技 术 7 8 太原科技2 0 0 8年第9期T A I Y UA NS C I T E C H 应 用 技术 式中 r为球半径 即为凝结点至蒸发源的距离 现以h代之 有d d s 1 h 2 从图2可知 d s 1 c o s d s2 则d m M 4 d s 1 h 2 M 4 c o s d s 2 h 2 在d s 2处的厚度应是该处的膜层体积除以面积 d s 2 所以有t d m d s2 t M c o s 4 h 2 2 设点源至平面的垂直距离为h 0 垂线与平面的 交点为O点 且O点的薄膜厚度为t 0 则任意点处 的薄膜厚度与O点薄膜厚度之比为 t t 0 c o s h 2 1 h 0 2 c o s 3 3 从上式可看出 在蒸发物质量一定 蒸发源与 平面的距离一定的条件下 任一点处薄膜的厚度只 与角度有关 3 2实验研究 实验中所用蒸发源材料为钨丝 所用基片为表 面平整的医用载玻片 镀膜前用无水乙醇洗净 选 用的镀膜材料为纯铝箔 并将铝箔裁成长约1 c m 宽约1 m m的细铝丝 实验时将裁好的铝丝挂在钨 丝蒸发源上 2 1研究镀料的质量对镀膜厚度的影响 镀膜前将基片中心到蒸发源的距离调整到4 8 c m 改变铝箔的质量 分别镀得在不同质量条件下 的薄膜 然后用读数显微镜测得薄膜的厚度 4 2 2研究基片到蒸发源的距离对镀膜厚度的影响 选择质量为6 5 0 m g的铝条 改变基片中心到 蒸发源的距离 分别镀得不同距离条件下蒸发所得 到的薄膜 同样用读数显微镜测得薄膜的厚度 2 3实验结果及讨论 依据上述实验数据 分别绘出反映不同实验条 件下对真空蒸发镀膜膜厚的影响因素规律的实验曲 线 1 镀料质量对镀膜厚度的影响 实验测得在 不同镀料质量条件下蒸镀所得到的薄膜厚度 见表 1 根据以上实验数据所绘得的在镀料种类和蒸发 源与基片距离保持不变的前提下 见图3 镀料质 量对膜层厚度的影响曲线 镀料质量与镀膜厚度基 本成线性关系 即随着镀料质量的增加 镀膜厚度 呈线性增长 2 基片与蒸发源的距离对镀膜厚度的影响 为了排除基片表面相对于蒸发源角度因素的影响 在实验过程中仅改变基片中心到蒸发源的距离 而 保持基片表面相对于蒸发源的角度大致相同 实验 测得基片与蒸发源的距离不同时的膜层厚度 见表 2 根据以上实验数据所绘得的在镀料质量不变的 前提下 见图4 图4反映出相同种类的蒸镀材料在保持质量不 变的前提下 随基片中心到蒸发源距离的减少 蒸 发 镀 膜 所 得 薄 膜 厚 度 逐 渐 增 加 利 用M i c r o s o f t E x c e l对膜层厚度与基片中心到蒸发源距离的关系 曲线进行拟合 可以得到曲线方程y a x b y为膜 层厚度 x为基片中心到蒸发源的距离 参数a 1 0 3 5 5 1 b 1 9 9 4 5 参数b的数值近似为2 可 知膜层厚度近似与基片中心到蒸发源 表1蒸发源距基片4 8 c m时的镀料质量及膜层厚度 1 2 3 4 编号 镀料质量 m g 5 8 5 6 5 0 7 8 0 8 4 5 薄膜厚度 n m 3 5 3 5 8 4 5 1 8 0 5 7 3 7 0 6 1 4 8 3 5 6 7 8 编号 9 1 0 1 0 4 0 1 1 7 0 1 3 0 0 镀料质量 m g 6 7 1 5 0 8 0 7 3 4 9 5 8 5 9 1 1 9 8 3 0 薄膜厚度 n m 图3膜层厚度随镀料质量的变化曲线 1 4 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 0 5 8 51 1 7 09 1 07 8 0 镀料质量 m g 膜层 n m 表2镀料质量为6 5 mg时基片中心到 蒸发源的距离及膜层厚度 1 2 3 4 5 编号 距离d c m 2 8 3 3 3 8 4 3 4 8 膜层厚度 n m 1 3 3 5 7 5 9 5 8 6 3 7 1 6 9 8 5 7 1 6 2 4 5 1 8 0 1 4 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 0 0 0 0 2 04 54 03 53 02 55 0 基片中心到蒸发源的距离 c m 膜层厚度 n m 图4膜层厚度随蒸发源与基片的距离的变化曲线 下转第8 2 页 7 9 太原科技2 0 0 8年第9期T A I Y UA NS C I T E C H 距离的平方成反比 3结论 通过实验 对真空蒸发镀膜过程中的两个主要 实验条件 镀料质量 基片中心到蒸发源的距离 对薄膜厚度的影响规律进行了分析和讨论 并应用 M i c r o s o f t E x c e l对实验曲线进行了拟合 同时结合 理论计算 最终得出结论 一是在镀料种类及基片 中心距蒸发源的距离保持不变的条件下 镀膜厚度 随镀料质量的增加作线性增长 二是在保持镀料质 量和镀料种类不变的条件下 真空蒸发镀膜所得的 薄膜厚度近似与基片中心到蒸发源的距离的平方成 反比 参考文献 1 陈光华 邓金祥 纳米薄膜技术与应用 M 北京 化学工业 出版社 2 0 0 4 2 江锰 王湛 李政雄 膜材料及其制备 M 北京 化学工业出 版社 2 0 0 3 3 王力衡 薄膜技术 M 北京 清华大学出版社 1 9 9 9 4 周佩瑶 徐玉兰 吴亚非 用干涉显微镜测量薄膜厚度的分 析 J 首都师范大学学报 自然科学版 1 9 9 9 2 0 6 2 实习编辑刘旭东 I n f l u e n c i n g F a c t o r o n t h e T h i c k n e s s o f V a c u u mE v a p o r a t i n g C o a t i n g F i l ms G A O Y a n X i n z h o uN o r ma l C o l l e g e X i n z h o u0 3 4 0 0 0 C h i n a A b s t r a c t I nt h i sp a p e r t h eb a s i c a l l yp r i n c i p l eo fv a c u u m e v a p o r a t i n gc o a t i n gf i l m sw a sp r e s e n t e d Wea n a l y z e dt h e t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n t a l m e t h o d s a n dh o w t h e s et w of a c t o r sa f f e c t e dt h et h i c k n e s so fv a p o u rc o a t i n gf i l m s a n d a t t h ef i n a l s o m ec o n c l u s i o n sw e r eg i v e n K e yw o r d s v a c u u m e v a p o r a t i n gc o a t i n gf i l m s t h i c k n e s so ff i l m t h em a s so fc o a t i n gm a t e r i a l 上接第7 9 页 容应放入帧结构 m b z j g 中 而表单 b o d y 作为 帧结构 b o d y 的内容应放入帧结构 b o d y 中 4 在服务器文档中指定 主页U R L 项为打 开该数据库的帧结构集 z h u y e 5 域 导航条表单中的 C o u n t 域 b o d y表 单中的 y j y j m y j m m C o u n t 域用来记录 显示该网站被用户访问的次数 y j y j m y j m m 域用来让用户输入邮件的用户名和密码 通过验证 来打开自己的邮箱 更改密码表单中域f u l l n a m e o l d p a s s w o r d n e w p a s s w o r d c e r t p a s s w o r d 6 在表单中使用h t m l语言来调用其他n o t e s 数据库视图的例子 调用电子公告栏数据库d z g g l n s f的数据 H e r ei s aF l o a t i n gF r a m e 另外 为了界面的美观 整齐 功能更 强 大 在 表 单 等 元 素 中 同 时 使 用 了H T M L和 J a v a S c r i p t语言 总之 D o m i n o允许使用M i c r o s o f t I I S I n t e r n e t I n f o r m a t i o nS e r v e r 来处理浏览器客户机对D o m i n o 数据库的H T T P请求 I I S接受所有的U R L请求 并把包含文件扩展名 n s f的请求传递给D o m i n o I I S 可以处理任何其他的请求 如A S P A c t i v e S e r v e r P a g e 但这必须通过设置D o m i n o f o r M i c r o s o f t I I S 来实现该功能 D o m i n o可以通过其他组件We b s p h e r e或D E C S来与企业其他大型 关系型数据库 连接 具有良好的集成性 D o m i n o We b应用设计 中使用C S S技术来实现文字 表格 滤镜的效果 使We b界面更加美观 责任编辑赵娟 H o wt o B u i l d a n E n t e r p r i s e We b s i t e U s i n g L o t u s D o mi n o X I O N G Y a n q i n g I n f o r ma t i o nC e n t e ro fC h i n aR a i l w a y1 7 t hB u r e a uG r o u p T a i y u a n0 3 0 0 0 6 C h i n a A b s t r a c t L o t u sD o m i n o N o t e si sb a s e do nI n t e r n e t I n t r a n e t t e c h n o l o g ya st h ef r a m e w o r ko fg r o u p w a r es y s t e m I ti sa l s o o n eo ft h em a i nt o o l si nb u i l d i n 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