第二十章 真空镀膜(上)
许秋找到陈婉清,请教接下来的实验操作。
学姐拿出实验记录本,一边写写画画,一边讲解教学:
“我们最终要得到的是多层结构的太阳能电池器件,比如现在做的这个体系,正结构就是Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM:PC[70]BM/Ca/Al。
共有六层结构,层与层之间用“/”分隔,“:”则表示该层是由两种或以上物质共混。
那么,你这几天来做的工作就是:
首先,清洗具有ITO图案的玻璃基片,得到Glass/ITO部分;
然后,旋涂PEDOT:PSS溶液和有效层,得到PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM:PC[70]BM部分;
最后一步,也就是接下来要做的,是采用真空镀膜方法,将钙和铝蒸镀至基片上,得到Ca/Al部分。
真空镀膜法,原理是在真空条件下,加热靶材,使之气化,最后由靶材形成的气态分子会在舱体内运动,最终均匀沉积在样品表面,形成薄膜。
真空度越高,气体分子平均自由程越长。
只有当舱体内气压低于一定阈值,才可以进行蒸镀。
我们采用的加热方法有两种,一种是束源炉加热,另一种是钨丝加热。
蒸镀的操作比较繁琐,有很多细节需要注意,所以我来亲自指导你。”
“好的,学姐。”许秋道。
…………
两人做好防护,进入实验室。
许秋先将旋涂好的基片,从旋涂手套箱中拿出,然后迅速转移至装有蒸镀装置的手套箱中。
这个手套箱外接有三只橡胶手套,所以同时只能进入一个人。
于是,许秋进入,学姐则在外面看着,并为他解惑。
箱体内主要有两台大型设备,左边的是蒸镀装置。
蒸镀舱的舱体是由厚重的钢板所制,舱门用轨道连接在舱体上。
许秋将舱门朝右边推开,推着还蛮沉的。
他好奇道:“学姐,这套设备也不便宜吧。”
陈婉清:“整套设备差不多20万吧,包括蒸镀舱、分子泵、循环水、总控制台,是找沈羊一家专门做真空设备的公司订做的。他们公司离这边比较远,所以弄坏的话修起来也麻烦,上次循环水出了故障,他们过来修,路费就要了五千。”
许秋:“学姐怎么知道的这么清楚?”
陈婉清:“因为学校要统计实验室的固定资产,价格超过1000元的都要统计上报。实验室虽然是魏老师管,但所有权是归国家的,因为申请的科研经费是国家出的。除非是老板自掏腰包或者企业出钱,那就另说。”
许秋点点头,开始打量舱体内部。
下面有四个圆柱体形状的炉子,应该是束源炉。
四个束源炉旁边有两个金属平台,每个平台上面都有一块金属板,大概六厘米长,三厘米宽,一厘米厚,金属板通过六角螺丝与平台连接,中间有一定的缝隙。
“学姐,这个是干什么用的?”许秋指着平台问道。
“这个是电流加热装置,将用钨丝制成的篓,放在两个平台间,用金属板压住钨篓两端,通电流对钨篓加热,可达到很高的温度,使其内部靶材气化,进行蒸镀。”陈婉清道。
许秋继续看向舱体,中间部分有一探头状的物体,像个吊灯一样悬挂在束源炉和平台的上方。
学姐顺着许秋的目光看去,主动介绍道:
“这个是晶振装置,探头处装有晶振片,用来实时检测蒸镀的薄膜厚度。它的位置一定不能乱动,因为现在的参数是已经标定过的,如果移动了它的位置,对膜厚的检测结果就不标准了。此外晶振片也是有寿命的,所以需要定期更换晶振片,并重新标定厚度。”
舱体最上面是一块大的圆形金属挡板,以及一个可以旋转的样品台。
陈婉清道:“蒸镀过程中,气态靶材分子会在舱体内运动。当金属挡板打开时,可以阻挡靶材分子到达样品表面,所以它叫做样品挡板。开始蒸镀时,需将其打开。样品台可以旋转,其下方有掩模版,用来得到特定的薄膜图案,而它上面的样品支架可以取下来装样品,装好后再安装回去。”
将舱内情况了解完毕后,许秋开始做蒸镀前的准备工作。
两批基片的器件结构不同,需要分两次进行蒸镀。
第一批是正常结构,也就是蒸镀钙和铝。
许秋首先在钨篓中装满%纯度的铝锭,然后让学姐帮忙打开钙束源炉的挡板。
挡板的开关是数控的,需要在手套箱外的总控台操作。
打开挡板后,他取出束源炉内部的陶瓷坩埚,将上次使用后剩余的残渣倒出,再加入两勺新的%纯度的钙粉末。
陶瓷坩埚是特质的,可以至少承受1000摄氏度以上的高温,且十分稳定,不会与靶材反应,产生杂质。
完成后,他让学姐关闭束源炉挡板。
最后,将一片片基片正面朝下放置在样品支架上,再将样品支架放回样品台。
“学姐,没有问题吧。”许秋看向陈婉清。
“嗯嗯。”陈婉清点点头。
许秋将舱门从右往左推回原位,然后旋转舱门上下的两个旋钮,直至无法转动。
他离开手套箱,跟随学姐来到总控台,剩下的操作主要在总控台完成。
总控台接近两米高,由多个模块拼接而成,一共有30多个控制按钮。
陈婉清道:“旁边有操作说明,严格按照说明来做就行。”
许秋拿起《真空镀膜仪使用说明》翻看,只有两页A4纸,并没有想象中的多。
他表面上在看说明书,实则在心中查看系统。
系统已经将学姐的技能复制了,可以看到每步操作的细节,所以文字版的说明书意义已然不大。
“我看完了。”许秋道。
“这么快?”陈婉清道:“行,那你来操作吧,有什么问题我会提醒你的。”
第一步是打开循环水系统和空气泵。
前者用来冷却分子泵,而后者用来推动样品挡板。
许秋找到位于总控台后面的循环水装置,按下绿色的启动键,便听到仪器发出嗡鸣声,仔细听的话还有水流声。
然后,他走到空气泵旁边。
空气泵上有一个橙红色的瓶盖大小的开关,需要拉起来,才能启动机器。
许秋试着向上拉,开关却纹丝不动,他也不敢太用力,便说道:
“学姐,打不开。”
“用力啊。”
“砰!”
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学姐拿出实验记录本,一边写写画画,一边讲解教学:
“我们最终要得到的是多层结构的太阳能电池器件,比如现在做的这个体系,正结构就是Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM:PC[70]BM/Ca/Al。
共有六层结构,层与层之间用“/”分隔,“:”则表示该层是由两种或以上物质共混。
那么,你这几天来做的工作就是:
首先,清洗具有ITO图案的玻璃基片,得到Glass/ITO部分;
然后,旋涂PEDOT:PSS溶液和有效层,得到PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM:PC[70]BM部分;
最后一步,也就是接下来要做的,是采用真空镀膜方法,将钙和铝蒸镀至基片上,得到Ca/Al部分。
真空镀膜法,原理是在真空条件下,加热靶材,使之气化,最后由靶材形成的气态分子会在舱体内运动,最终均匀沉积在样品表面,形成薄膜。
真空度越高,气体分子平均自由程越长。
只有当舱体内气压低于一定阈值,才可以进行蒸镀。
我们采用的加热方法有两种,一种是束源炉加热,另一种是钨丝加热。
蒸镀的操作比较繁琐,有很多细节需要注意,所以我来亲自指导你。”
“好的,学姐。”许秋道。
…………
两人做好防护,进入实验室。
许秋先将旋涂好的基片,从旋涂手套箱中拿出,然后迅速转移至装有蒸镀装置的手套箱中。
这个手套箱外接有三只橡胶手套,所以同时只能进入一个人。
于是,许秋进入,学姐则在外面看着,并为他解惑。
箱体内主要有两台大型设备,左边的是蒸镀装置。
蒸镀舱的舱体是由厚重的钢板所制,舱门用轨道连接在舱体上。
许秋将舱门朝右边推开,推着还蛮沉的。
他好奇道:“学姐,这套设备也不便宜吧。”
陈婉清:“整套设备差不多20万吧,包括蒸镀舱、分子泵、循环水、总控制台,是找沈羊一家专门做真空设备的公司订做的。他们公司离这边比较远,所以弄坏的话修起来也麻烦,上次循环水出了故障,他们过来修,路费就要了五千。”
许秋:“学姐怎么知道的这么清楚?”
陈婉清:“因为学校要统计实验室的固定资产,价格超过1000元的都要统计上报。实验室虽然是魏老师管,但所有权是归国家的,因为申请的科研经费是国家出的。除非是老板自掏腰包或者企业出钱,那就另说。”
许秋点点头,开始打量舱体内部。
下面有四个圆柱体形状的炉子,应该是束源炉。
四个束源炉旁边有两个金属平台,每个平台上面都有一块金属板,大概六厘米长,三厘米宽,一厘米厚,金属板通过六角螺丝与平台连接,中间有一定的缝隙。
“学姐,这个是干什么用的?”许秋指着平台问道。
“这个是电流加热装置,将用钨丝制成的篓,放在两个平台间,用金属板压住钨篓两端,通电流对钨篓加热,可达到很高的温度,使其内部靶材气化,进行蒸镀。”陈婉清道。
许秋继续看向舱体,中间部分有一探头状的物体,像个吊灯一样悬挂在束源炉和平台的上方。
学姐顺着许秋的目光看去,主动介绍道:
“这个是晶振装置,探头处装有晶振片,用来实时检测蒸镀的薄膜厚度。它的位置一定不能乱动,因为现在的参数是已经标定过的,如果移动了它的位置,对膜厚的检测结果就不标准了。此外晶振片也是有寿命的,所以需要定期更换晶振片,并重新标定厚度。”
舱体最上面是一块大的圆形金属挡板,以及一个可以旋转的样品台。
陈婉清道:“蒸镀过程中,气态靶材分子会在舱体内运动。当金属挡板打开时,可以阻挡靶材分子到达样品表面,所以它叫做样品挡板。开始蒸镀时,需将其打开。样品台可以旋转,其下方有掩模版,用来得到特定的薄膜图案,而它上面的样品支架可以取下来装样品,装好后再安装回去。”
将舱内情况了解完毕后,许秋开始做蒸镀前的准备工作。
两批基片的器件结构不同,需要分两次进行蒸镀。
第一批是正常结构,也就是蒸镀钙和铝。
许秋首先在钨篓中装满%纯度的铝锭,然后让学姐帮忙打开钙束源炉的挡板。
挡板的开关是数控的,需要在手套箱外的总控台操作。
打开挡板后,他取出束源炉内部的陶瓷坩埚,将上次使用后剩余的残渣倒出,再加入两勺新的%纯度的钙粉末。
陶瓷坩埚是特质的,可以至少承受1000摄氏度以上的高温,且十分稳定,不会与靶材反应,产生杂质。
完成后,他让学姐关闭束源炉挡板。
最后,将一片片基片正面朝下放置在样品支架上,再将样品支架放回样品台。
“学姐,没有问题吧。”许秋看向陈婉清。
“嗯嗯。”陈婉清点点头。
许秋将舱门从右往左推回原位,然后旋转舱门上下的两个旋钮,直至无法转动。
他离开手套箱,跟随学姐来到总控台,剩下的操作主要在总控台完成。
总控台接近两米高,由多个模块拼接而成,一共有30多个控制按钮。
陈婉清道:“旁边有操作说明,严格按照说明来做就行。”
许秋拿起《真空镀膜仪使用说明》翻看,只有两页A4纸,并没有想象中的多。
他表面上在看说明书,实则在心中查看系统。
系统已经将学姐的技能复制了,可以看到每步操作的细节,所以文字版的说明书意义已然不大。
“我看完了。”许秋道。
“这么快?”陈婉清道:“行,那你来操作吧,有什么问题我会提醒你的。”
第一步是打开循环水系统和空气泵。
前者用来冷却分子泵,而后者用来推动样品挡板。
许秋找到位于总控台后面的循环水装置,按下绿色的启动键,便听到仪器发出嗡鸣声,仔细听的话还有水流声。
然后,他走到空气泵旁边。
空气泵上有一个橙红色的瓶盖大小的开关,需要拉起来,才能启动机器。
许秋试着向上拉,开关却纹丝不动,他也不敢太用力,便说道:
“学姐,打不开。”
“用力啊。”
“砰!”
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