真空等离子体实验报告

真空等离子体试验报告真空微波等离子体试验一、试验目的了解真空技术根底学问利用机械泵组获得真空，并使用复合真空计测量被抽容器所能到达的真空度。把握多功能微波等离子体装置的使用方法，利用等离子体化学气相沉淀装置制备金刚石薄膜材料。二、试验仪器FB7008A型多功能微波等离子体装置〔内置机械泵组，热偶真空计，电离真空计〕、超声清洗机。三、试验材料硅片、氢气、甲烷或甲醇气体、乙醇和丙酮等有机溶液。四、试验背景学问真空是指低于一个大气压的气体空间。压强越低，真空度越高；压强越高，真空度越低。真空可按其压强凹凸划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空。等离子体：又叫做电浆，是由电子、离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子、微料等)组成的，宏观上呈现准中性，且具有集体效应的混合气体。准中性:在等离子体中的正负离子数目根本相等，系统在宏观上呈现中性，但在小尺度上则呈现出电磁性，而集体效应则突出地反映了等离子体与中性气体的区分。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。合成金刚石薄膜的方法或许可分为四类，共有十几种，等离子体合成法就是其中之一。该方法是将碳氢化合气体或其他含碳气体与氢气作为原料气，在真空系统中导入上述气体，经等离子活化后到达基体表面进展沉积反响。五、仪器工作原理本试验承受机械泵组来获得真空，使用热偶真空计和电离真空计来测量真空。上图是机械泵构造示意图。机械泵的工作原理是：依靠插在偏心转子中的数个可以滑进滑出的旋片将泵体内的气体隔离、压缩，然后将其排出泵体之外。它的极2-10－1-10Pa热偶真空计工作原理：321QQQQ++=Q为电源加热灯丝产生的热量，Q1Q2为灯丝与热偶丝的传导热量，Q3为气体分子碰撞灯丝而带走的热量。热平衡时，Q1、Q2为恒量，Q3随气体压强而变化。压强越小，因碰撞而带走的热量越少，温度越高，温差电动势越高；反之亦然。热偶真空计的测量范围是0.1～100Pa，由于在气体压力高100Pa时，气体的热导率将不再随气体压力而显著变化。此时，用热丝温度测量气体压力方法的灵敏度将快速下降。并且当气体压力低于 0.1Pa以后，由气体分子传导走的热量在总的加热功率中比例过小，测量的灵敏度也将呈下降趋势。电离真空计工作原理：热阴极放射出的电子将在飞向阳极的过程中碰撞气体分子，并使后者发生电离，由离子收集极接收电离的离子，并依据离子电流强度的大小就可以测量出环境的真空度。其测量范围为：2-10-7-10Pa微波化学沉淀气装置近代物理试验中所使用的微波等离子体化学气相沉积装置如以下图。装置主要由微波发生器、环形器、定向耦合器、外表波导放电局部及沉积室组成。对于CH-H2气体系统而言，气体发生离解而产生大量的含碳基团和原子氢。含碳基团在基片外表进展构造重组,由于原子氢对SP2键碳原子的刻蚀作用远比对SP3键碳原子的刻蚀作用猛烈,这样重组后具有金刚石构造的SP*键保存下来，在适宜的工艺条件下,可实现金刚石的形核生长,并在基片外表上得到完整的金刚石薄膜。六、试验过程FB7008A试验装置设计了缺水保护装置。当首次使用本仪器时,必需把冷却水水箱里加满冷却水。接着可按下冷却键,3min后,制冷系统自动开头工作。检查确认真空气路的连接是否正常,确认气路连接正常后,进展下一步操作。按挨次依次翻开总电源→冷却水→真空泵,机械泵开头抽本底真空。抽气5min后，翻开热偶真空计，读取被抽容器的真空度并记录数据。翻开电离真空计,读取被抽容器的真空度并记录数据。先把微波功率调整旋钮逆时针调到底,然后翻开高压开关,再顺时针调整微波功率调整旋钮逐步提高磁控管工作电压,使反响腔中的气体受激产生等离子体。翻开气瓶阀,再翻开氢气减压阀阀门。翻开转子流量计,依据书上的参考值调整流量计流量,关闭隔膜阀,关闭电阻真空计,通过调整高真空微调阀,使工作气压到达所需的气压,在气压稳定后，关闭热阻真空计。通过调整三螺钉阻抗调配器使微波的反射最小(通过反射测量的大小观看),在反响腔内得到最大的功率。翻开基片温度开关，观测在工作时基片台的工作温度,通过调整微波功率使基片台的温度到达试验所需要的工作温度。基片生长设定时间金刚石薄膜后,按以下挨次关闭装置:先关闭气路,然后逐步调卑微波功率,关高压;待基片台的温度冷却到100C以下,关真空泵;再关闭冷却水电源开关;关闭总电源开关。翻开反响室手动放气阀,翻开真空室,取出样品。七、试验数据初始等离子体：薄膜生长过程：加热时间是15min，生长时间为15min八、试验过程遇到的问题及解决试验过程中等离子体的颜色为什么会发生变化？答：由于激发的电子以及离子的密度和强度发生了变化。用手机拍摄等离子体辉光为什么会消灭黑色条纹？答：当离子密度很大的时候，正负离子在射频电场的作用下与之产生辉光条纹。辉光条纹作为一种自组织形式的的放电形式，呈现明暗相间的辉光区域，常见于大气压电正性气体放电中。在调整最小反射测量时，等离子体辉光会熄灭。解决方法是翻开放气阀，等辉光再次亮起时重调整三个螺旋和气体流量转子。等离子体辉光偏左或偏右位置不正时，应转动其旁边的大旋钮，调整需要确定的时间，需要急躁观看。九、思考题容器抽真空的时间和什么有关？答：被抽容器的原有大气、容器材料外表放气、大气通过容器壁构造材料向真空室内渗透的气体流量。为什么测量真空度时要先翻开热偶真空计，先翻开电离真空计可能会消灭什么结果？答：由于热偶真空计的测量范围是0.1～100Pa，可以测量