第二十一章 真空镀膜(下)
空气泵发出一声巨响,随后传来“咣咣咣”的声响。
许秋吓的一激灵,朝后缩了一下身子。
等了一会儿,他感觉没什么危险,便上前检查空气泵。
“看着没有问题啊。”他向学姐道。
“确实没问题,这是正常情况。现在是发动机在通过曲轴,驱动活塞向储气筒内打气,等到储满气后,就会自动停下。”
陈婉清试图绷住脸上的笑容,但是没有成功,还是笑了出来。
“学姐你是故意的吧。”许秋做出一副愤慨的样子。
“怎么会呢,我是那样的人嘛。”陈婉清笑道。
许秋摇了摇头,回到总控台,继续实验。
他打开总控开关,膜厚仪的数显屏幕亮起。
许秋先检查膜厚仪的参数是否设置正确,包括靶材名称、密度和Z因数等。
膜厚仪的原理并不是直接测量膜厚,而是通过间接法计算得到。
在蒸镀过程中,靶材分子到达晶振片处,会产生电信号,经过拟合计算可将电信号转化为蒸镀速率,最后将速率与时间相乘得到膜厚。
调好膜厚仪后,数显屏幕上显示:
蒸镀材料为钙,速率为埃每秒,膜厚为埃。
同时,许秋观察到总控台上面有两个气压计,可以实时监测蒸镀舱内的压强。
其中一个示数为一个大气压,即帕,另外一个则处于未工作状态。
“为什么要安装两个气压计呢?”许秋疑惑道。
“两者的压强测定范围不同,前者约为到10000帕,后者约为十的负六次方到1帕。”陈婉清道,随后又补了一句:
“准备工作都好了,开始抽真空吧。”
许秋点点头,按下机械泵的启动键,同时打开超真空挡板阀,又是一阵轰鸣声传来。
“蒸镀操作的噪音有点大啊。”习惯了之前安静实验环境的许秋,忍不住吐槽道。
“是啊,不过慢慢你就会适应的。”陈婉清道。
机械泵启动后,气压计的示数快速减小。
从,迅速变为,然后是,直至1E3帕左右,下降速度才开始变慢。
过了两分钟左右,压强终于降至20帕以下,许秋关闭超真空挡板阀,打开分子泵。
分子泵的转速要从0逐渐加速至后,它才可以正常工作,约需要耗时10分钟。
待分子泵运转平稳后,许秋打开束源炉挡板,然后启动束源炉升温数控装置。
装置的屏幕上显示有束源炉当前温度和设定温度,分别为27和30摄氏度。
他打开设定界面。
这块屏幕采用的是计算器上那种“日”字型的显示方法,主要用于数字显示,所以显示出来的字母都很抽象。
还好都是常用的单词,许秋花了点时间弄明白每个参数的意义后,手动设定升温程序:
RATE30
SP2400
TIME3
RATE20
第一阶段,以30摄氏度每分钟的速率升至30摄氏度,等待60分钟;
第二阶段,以30摄氏度每分钟的速率升至400摄氏度,等待3分钟;
第三阶段,以20摄氏度每分钟的速率升至520摄氏度,等待100分钟。
确认无误后,他长按启动键,启动程序。
升温程序需要跑一个多小时。
在此期间,许秋向学姐请教了真空系统的工作原理。
陈婉清讲解道:“机械泵,最多只能将舱内压强降至零点几帕,必须使用分子泵才能将压强降低至十的负五次方帕这个数量级,从而达到蒸镀实验所需的最低真空度要求。
分子泵只能在低压强下使用。所以在压强大于20帕时,采用超真空挡板阀,阻隔分子泵和蒸镀舱连接;当压力低于20帕时将其关闭,再使分子泵和蒸镀舱连通。
分子泵启动后,还需要较长的时间,才能使蒸镀舱内压强达到1E-5级别。
这个时间在半小时至一个半小时之间。
如果一个半小时过后仍无法达到这个真空度,通常有两种情况。
一种是体系气密性不好,比如在关舱门时,门缝处夹了一个塑料膜;
另一种是舱体内蒸镀残留物过多,需要清理。”
虽然系统里也有影像资料供许秋学习,但他觉得还是听学姐讲解更舒服一些。
而且两个人站一起一直不互动也蛮尴尬的。
……
一小时后。
真空计示数达到-5帕,升温程序也进入第二阶段,一切正常。
十二分钟后。
温度示数达到400摄氏度,膜厚仪显示的实时蒸镀速率,在-至埃每秒之间波动,膜厚显示仍为埃。
三分钟后。
温度示数继续增加,直至480摄氏度左右,蒸镀速率开始在至埃每秒之间波动。
当温度达到520摄氏度后,蒸镀速率维持在至埃每秒。
许秋先开启样品台旋转,在等待了约十秒钟后,同时打开样品挡板并将膜厚仪的膜厚计数器归零。
钙要蒸镀10纳米的厚度,也就是100埃。
待膜厚仪示数达到100埃时,许秋迅速关闭样品挡板。
随后,他将束源炉升温数控装置关闭,让束源炉自然降温。
最后,将膜厚仪的参数改为铝的参数。
半小时后。
束源炉的温度降低至77摄氏度。
许秋关闭钙的束源炉挡板,打开电流加热装置。
这个加热装置很简单,就是把电源、钨篓、电位器(类似于滑动变阻器)、保险丝、电流计连在一起,通过调节电位器,便可以改变电路中的电流大小。
许秋缓慢扭动电位器的旋钮,使电流计示数从0逐渐增加至18安培。
当电流达到16安培时,膜厚仪上蒸镀速率开始有了示数。
电流达到18安培后,许秋等待了几秒,然后同时打开样品挡板并清零膜厚仪的膜厚计数器。
蒸镀速率则先是从、迅速提升至,随后迅速回落至,之后缓缓下降至,埃每秒……
电流计的示数也会随着时间变化,忽上忽下。
每当其相较于18的偏离值超过1时,许秋就将其调至18。
铝的厚度要求是100纳米,也就是1000埃。
待膜厚仪示数达到1000埃时,许秋迅速按下样品挡板。
然后缓缓扭动电位器,将电流归零。
接着关闭超真空挡板阀,停止分子泵。
等待十分钟后,分子泵转速从降至0,关闭其开关。
最后,关闭机械泵,关闭总控台。
…………
“终于结束啦!”许秋长吁了一口气,感慨道。
“这么多操作,居然零失误,厉害呀!”陈婉清竖起了大拇指。
“这都是学姐教的好。”许秋道。
“行啦,别谦虚了,你的科研天赋我心里有数呢。
想想我当初学蒸镀,可是没少让魏老师头疼,不是忘记开空气泵,就是忘开挡板,甚至还有一次忘记放基片了。”陈婉清道。
听到最后一句,许秋没忍住笑了出来,然后看到学姐睁着大眼睛瞪着他,他赶紧把笑容收敛住,面色严肃的向手套箱走去。
他进入手套箱,旋开舱门上下的旋钮,开始拉舱门。
咦,舱门怎么拉不下来?
琢磨了一会儿,许秋懂了,因为蒸镀结束后,舱体内部还是真空状态。
于是他转头看学姐,可她似乎并没有主动解答的意思,还是瞪着他。
“这么记仇啊。”许秋心想。
他只好问道:“学姐,这个怎么弄?”
陈婉清指了指手套箱侧面,最后还是告诉了许秋:
“那边有一个接通氮气瓶的阀门,可以往蒸镀舱内充氮气。”
许秋走过去,果然发现一个阀门。
他轻轻旋开阀门,“嘶嘶”的气流声传来。
10秒后。
20秒后。
30秒后。
没什么动静啊。
“学姐,什么时候停下来呢?”许秋忍不住问道。
“继续放气。”陈婉清面无表情道。
“哦。”
40秒后。
50秒后。
60秒后,正当许秋打算再次发问时。
“砰!”
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许秋吓的一激灵,朝后缩了一下身子。
等了一会儿,他感觉没什么危险,便上前检查空气泵。
“看着没有问题啊。”他向学姐道。
“确实没问题,这是正常情况。现在是发动机在通过曲轴,驱动活塞向储气筒内打气,等到储满气后,就会自动停下。”
陈婉清试图绷住脸上的笑容,但是没有成功,还是笑了出来。
“学姐你是故意的吧。”许秋做出一副愤慨的样子。
“怎么会呢,我是那样的人嘛。”陈婉清笑道。
许秋摇了摇头,回到总控台,继续实验。
他打开总控开关,膜厚仪的数显屏幕亮起。
许秋先检查膜厚仪的参数是否设置正确,包括靶材名称、密度和Z因数等。
膜厚仪的原理并不是直接测量膜厚,而是通过间接法计算得到。
在蒸镀过程中,靶材分子到达晶振片处,会产生电信号,经过拟合计算可将电信号转化为蒸镀速率,最后将速率与时间相乘得到膜厚。
调好膜厚仪后,数显屏幕上显示:
蒸镀材料为钙,速率为埃每秒,膜厚为埃。
同时,许秋观察到总控台上面有两个气压计,可以实时监测蒸镀舱内的压强。
其中一个示数为一个大气压,即帕,另外一个则处于未工作状态。
“为什么要安装两个气压计呢?”许秋疑惑道。
“两者的压强测定范围不同,前者约为到10000帕,后者约为十的负六次方到1帕。”陈婉清道,随后又补了一句:
“准备工作都好了,开始抽真空吧。”
许秋点点头,按下机械泵的启动键,同时打开超真空挡板阀,又是一阵轰鸣声传来。
“蒸镀操作的噪音有点大啊。”习惯了之前安静实验环境的许秋,忍不住吐槽道。
“是啊,不过慢慢你就会适应的。”陈婉清道。
机械泵启动后,气压计的示数快速减小。
从,迅速变为,然后是,直至1E3帕左右,下降速度才开始变慢。
过了两分钟左右,压强终于降至20帕以下,许秋关闭超真空挡板阀,打开分子泵。
分子泵的转速要从0逐渐加速至后,它才可以正常工作,约需要耗时10分钟。
待分子泵运转平稳后,许秋打开束源炉挡板,然后启动束源炉升温数控装置。
装置的屏幕上显示有束源炉当前温度和设定温度,分别为27和30摄氏度。
他打开设定界面。
这块屏幕采用的是计算器上那种“日”字型的显示方法,主要用于数字显示,所以显示出来的字母都很抽象。
还好都是常用的单词,许秋花了点时间弄明白每个参数的意义后,手动设定升温程序:
RATE30
SP2400
TIME3
RATE20
第一阶段,以30摄氏度每分钟的速率升至30摄氏度,等待60分钟;
第二阶段,以30摄氏度每分钟的速率升至400摄氏度,等待3分钟;
第三阶段,以20摄氏度每分钟的速率升至520摄氏度,等待100分钟。
确认无误后,他长按启动键,启动程序。
升温程序需要跑一个多小时。
在此期间,许秋向学姐请教了真空系统的工作原理。
陈婉清讲解道:“机械泵,最多只能将舱内压强降至零点几帕,必须使用分子泵才能将压强降低至十的负五次方帕这个数量级,从而达到蒸镀实验所需的最低真空度要求。
分子泵只能在低压强下使用。所以在压强大于20帕时,采用超真空挡板阀,阻隔分子泵和蒸镀舱连接;当压力低于20帕时将其关闭,再使分子泵和蒸镀舱连通。
分子泵启动后,还需要较长的时间,才能使蒸镀舱内压强达到1E-5级别。
这个时间在半小时至一个半小时之间。
如果一个半小时过后仍无法达到这个真空度,通常有两种情况。
一种是体系气密性不好,比如在关舱门时,门缝处夹了一个塑料膜;
另一种是舱体内蒸镀残留物过多,需要清理。”
虽然系统里也有影像资料供许秋学习,但他觉得还是听学姐讲解更舒服一些。
而且两个人站一起一直不互动也蛮尴尬的。
……
一小时后。
真空计示数达到-5帕,升温程序也进入第二阶段,一切正常。
十二分钟后。
温度示数达到400摄氏度,膜厚仪显示的实时蒸镀速率,在-至埃每秒之间波动,膜厚显示仍为埃。
三分钟后。
温度示数继续增加,直至480摄氏度左右,蒸镀速率开始在至埃每秒之间波动。
当温度达到520摄氏度后,蒸镀速率维持在至埃每秒。
许秋先开启样品台旋转,在等待了约十秒钟后,同时打开样品挡板并将膜厚仪的膜厚计数器归零。
钙要蒸镀10纳米的厚度,也就是100埃。
待膜厚仪示数达到100埃时,许秋迅速关闭样品挡板。
随后,他将束源炉升温数控装置关闭,让束源炉自然降温。
最后,将膜厚仪的参数改为铝的参数。
半小时后。
束源炉的温度降低至77摄氏度。
许秋关闭钙的束源炉挡板,打开电流加热装置。
这个加热装置很简单,就是把电源、钨篓、电位器(类似于滑动变阻器)、保险丝、电流计连在一起,通过调节电位器,便可以改变电路中的电流大小。
许秋缓慢扭动电位器的旋钮,使电流计示数从0逐渐增加至18安培。
当电流达到16安培时,膜厚仪上蒸镀速率开始有了示数。
电流达到18安培后,许秋等待了几秒,然后同时打开样品挡板并清零膜厚仪的膜厚计数器。
蒸镀速率则先是从、迅速提升至,随后迅速回落至,之后缓缓下降至,埃每秒……
电流计的示数也会随着时间变化,忽上忽下。
每当其相较于18的偏离值超过1时,许秋就将其调至18。
铝的厚度要求是100纳米,也就是1000埃。
待膜厚仪示数达到1000埃时,许秋迅速按下样品挡板。
然后缓缓扭动电位器,将电流归零。
接着关闭超真空挡板阀,停止分子泵。
等待十分钟后,分子泵转速从降至0,关闭其开关。
最后,关闭机械泵,关闭总控台。
…………
“终于结束啦!”许秋长吁了一口气,感慨道。
“这么多操作,居然零失误,厉害呀!”陈婉清竖起了大拇指。
“这都是学姐教的好。”许秋道。
“行啦,别谦虚了,你的科研天赋我心里有数呢。
想想我当初学蒸镀,可是没少让魏老师头疼,不是忘记开空气泵,就是忘开挡板,甚至还有一次忘记放基片了。”陈婉清道。
听到最后一句,许秋没忍住笑了出来,然后看到学姐睁着大眼睛瞪着他,他赶紧把笑容收敛住,面色严肃的向手套箱走去。
他进入手套箱,旋开舱门上下的旋钮,开始拉舱门。
咦,舱门怎么拉不下来?
琢磨了一会儿,许秋懂了,因为蒸镀结束后,舱体内部还是真空状态。
于是他转头看学姐,可她似乎并没有主动解答的意思,还是瞪着他。
“这么记仇啊。”许秋心想。
他只好问道:“学姐,这个怎么弄?”
陈婉清指了指手套箱侧面,最后还是告诉了许秋:
“那边有一个接通氮气瓶的阀门,可以往蒸镀舱内充氮气。”
许秋走过去,果然发现一个阀门。
他轻轻旋开阀门,“嘶嘶”的气流声传来。
10秒后。
20秒后。
30秒后。
没什么动静啊。
“学姐,什么时候停下来呢?”许秋忍不住问道。
“继续放气。”陈婉清面无表情道。
“哦。”
40秒后。
50秒后。
60秒后,正当许秋打算再次发问时。
“砰!”
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