南开大学本科课程教学讲义-南开大学电子信息与光学工程学院.PDF

南开大学 本科课程教学讲义 课程名称：电子功能薄膜制备与测试系列实验 所属专业：微电子专业、电子专业、电信专业 目 录 实验一真空的获得与测量……………………………………………..3 实验二磁控溅射镀膜………………………………………………….10 实验三电子束蒸发镀膜……………………………………………….15 实验四 硅光电池特性研究…………………………………………...19 实验五 太阳能电池窗口材料-ZnO 的光学特性研究……………….23 实验六 超导薄膜特性研究…………………………………………...28 2 实验一 真空的获得与测量 【实验目的】 1、学习真空的获得和测量方法。 2 、熟悉有关设备和仪器的使用方法。 【实验原理】 1、真空的概念 在物理学上真空相对于大气状态而存在，我们通常所说的真空就是指比大气 压力低的空间。在真空科学里所定义的真空应当是“低于一个标准大气压里的气 体状态”。相对于大气状态，在真空状态下气体显示出许多新的特点：1：气体分 子数目的减少，即气体单位体积中所具有的分子数目的减少；2 ：伴随着气体分 子数目的减少，分子之间、分子与器壁之间相互碰撞的次数逐渐减少；3 ：气体 分子热运动自由路程的增大。 这些特点所引发出来的在大气中所没有的许多新 的现象，被人们在许多工业和科学领域中应用。自 20 世纪初，真空科学与技术 开始作为独立的科学体系迅速得以发展。 2 、真空的划分 真空高低的程度是用真空度这个物理量来衡量的，所谓真空度，即是指低压 空间中气态物质的稀薄程度。气体的压力越低，其稀薄程度越大，真空度越高。 测量真空度大小的量是压力，它的单位很多，表中给出了常用的几种压力单位的 换算关系。 3 一般应用中，人们需要定性的知道真空的状态，因此划分真空区域十分必 要。根据我国所制定的国标 GB3163 的规定，真空区域大致划分如下： 5 2 低真空区域：10 ～10 Pa （760～1 托） 2 -1 -3 中真空区域：10 ～10 Pa （1～10 托） -1 -5 -3 -5 高真空区域：10 ～×10 Pa （10 ～10 托） 超高真空区域： 10-5 Pa （10-7 托） 就物理现象来说，粗真空以分子相互碰撞为主；低真空中分子相互碰撞和分 子与器壁碰撞不相上下；高真空时主要是分子与器壁碰撞。 3、真空的获得 各级真空，均可通过各种真空泵来获得，但无论何种泵，都不可能在整个真 空范围内工作，下图标出了它们适应的工作范围．从图 1 中可以看出，有些泵可 直接从大气压下开始工作，但极限真空度都不高，如机械泵和吸附泵，通常这类 泵用作前级泵；而有些泵则只能在一定的预备真空条件下才能开始正常工作，如 扩散泵、离子泵等，这类泵需要前级泵配合，可作为高真空泵．下面详细介绍一 下试验室中用到的真空泵的工作原理。 图 1：真空泵的压强范围 （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 的体积不断膨胀从而获得真空的泵。这是一种低真空泵，单独使用时可获得低真 4 空。机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵。下图 2 是旋片式