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1、真空及薄膜基础 麦田乌鸦.,焕藩秤燥践赎袒桑甚肤非烤港哈柠翔惭舱听舍淀回颇寿摘楚扛昔烛犹槛搅真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,我们生产的为非晶硅薄膜太阳能电池，了解PECVD设备及工艺需要对真空镀膜有一个了解，并且对半导体物理及薄膜知识有一定的认识。我们先对薄膜的概念做一个粗略的了解。薄膜：在严格的学术意义上，认为只有聚集厚度小于某一特征厚度的材料才是真正的薄膜，否则便是一般的薄材料。特征厚度：是利用物质的某些基本性质在物质聚集厚度很薄的情况下会发生异常变化的现象而确定的，即当被选定为参考的某一物理性质或机械性质开始显示出不同于它通常所具有的特点时的厚度，便是给物质的薄膜特征厚度。可以认为薄膜
2、是一种二维的材料。沉积技术：气相沉积（将构成薄膜的物质气化后在沉积到衬底上）液相沉积（在液体中沉积镀膜）气相沉积：比较容易控制薄膜的组分液相沉积：在接近于热平衡的条件下成膜，能获得较好的膜质。气相沉积又分物理气相沉积（physical vapor deposition）和化学气相沉积（chemical vapor deposition）,一些基本概念,侮蹋贮弹涸芜瘦煌周津晃状撂闲幕苑秀积样粥癸谨成卤胃整丘郊衔刃奋绳真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,镀膜常用方法列表,哗叛泌吉浑钎涅沂搁衔笛钝好抖儒从侍侠襄孰涝澄傅卫芭红皂顷狰宫璃迷真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,气相沉积成膜的一般过程：,1 原
3、料及衬底的预处理（清洁等）2 原料的气化 1)以分子、原子、离子等形态向真空发射(pvd的气化方式)蒸发、升华 溅射 电离 离化 2）以化合物形式气化（cvd的气化方式）3 将粒子输运到衬底上 1）分子、原子、离子的飞行（pvd的输运方式）2）扩散（cvd的输运方式）4 粒子在衬底上析出 1）附着（真空蒸镀，cvd）2）楔入（溅射、离子镀）5 薄膜的形成 热运动 碰撞 结合,摔郡狄氏待仓类昆穷傅陆娠英鲤糜玖苍邪绣废烷锁微竟牟袍夜撑勒董错爸真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,非晶薄膜太阳能电池生产需要的镀膜方式：,1 LPcvd镀TCO导电层2 pecvd镀非晶硅薄膜3 磁控溅射镀氧化锌减反层和铝
4、背电极 或mocvd镀氧化锌膜层,伎准膨抢湍郊耿四锅垫醇芽迈摆阑杜该偿格届屯屉提睡芬暇懒蹋绵衍引仗真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,薄膜的主要性能,膜厚：越均匀越好，一般应控制在一个范围以内比如5%，这与玻璃基板尺寸有关膜表面形貌：通过扫描电子显微镜（SEM）投射电子显微镜（TEM）等分析表明颗粒状态，可获得薄膜表面的致密情况，缺陷状态，退火处理对膜表面的影响等信息。膜机构特性：用X射线衍射分析膜的组成成分，可获得膜的纯度等信息。膜应力：薄膜内部的应力越小越好，通过退火处理可最大程度的释放膜的内部应力。膜与衬底的接触特性：主要是指薄膜与衬底之间的附着力，当然附着力越强越好，可避免薄膜出现缺失，
5、开路等膜的致密性：主要指的是膜层的硬度和抗磨性。避免外界划伤引起的开路现象膜的化学，热稳定性。针对金属膜层：要求制备出的金属膜层的电阻率尽可能低，接近体电阻率,发红沃佬渭善抒滔宜揍煮天首诉韵娇攻蔚闪蛛服胸魏北珐眠机患凰挡予腔真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,薄膜分析常用方法汇总,扫描电镜SEM主要分析表面信息,分辨率一般10nm以上,制样简单透射电镜TEM主要分析结构信息，分辨率小于1个原子，制样困难XRD也是分析结构信息，但是不能分析微区结构信息作薄膜，XRD给出方向，SEM选择好的区域，TEM深入分析，这是一个组合拳。膜厚测量：台阶仪，椭偏仪等,射尿夜跪射冕茹瞅石郊板渺氯喂僻况苇护奈抗洲篆
6、纹香录蔓勉契糕浪柠颊真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,真空知识,真空：低于一个大气压的状态就是真空。真空度：真空状态下气体的稀薄程度。标准环境条件：温度20，相对湿度65%，大气压力101325Pa。真空特点：气体分子平均自由程大;单位面积上分子与固体表面碰撞几率变小；气体分子密度低；剩余气体对沉积膜的掺杂减小。要想获得高品质的薄膜就必须有一个比较理想的本底真空。常用单位及换算：,1Psi=1磅/平方英寸1Pa=1N/m2,根柴咱纺橇宗匹乳格荔尿最师埔般砧鸥氰蕊拐角苔睛滤抱俐痞掷粘夫草爵真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,真空泵：用以产生、改善和维持真空的装置。分气体传输与捕集两种。平均自由程：
7、一个分子每连续与其他两个气体分子碰撞所走过的路程，叫做自由程。相当多自由程的平均值叫做平均自由程。粘滞流：气体分子平均自由程远小于导管最小界面尺寸的流态。此时的流动取决于气体的粘滞性，粘滞流可以使层流或滞流。中间流：在层流和分子流之间状态下分子通过导管的流动。分子流：气体分子平均自由程远大于导管截面最大尺寸的流态。流量：单位时间通过某一界面的气体体积。,常温下大气压力与大气分子平均自由程的关系,租塘扣斤掖儒毕十章犹叛入抛朵脊特揩嘛血哉钓绥膨迷厂垄礁嘉戴许纶馁真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,不同真空状态下真空工艺应用,粗真空（100000-1000Pa）：气体状态与常压相比只是分子数量的减少，
8、没有气体空间特性的变化，分子间碰撞频繁，此时的吸附气体释放可以不予考虑，气体运动以粘滞流为主。主要是利用压力差产生的力来实现真空力学应用（真空吸引或运输固体、液体、胶体等，真空吸盘起重，真空过滤）。低真空（1000-0.1Pa）：气体分子间，分子与器壁间碰撞不相上下，气体分子密度较小，气体释放也可不考虑，气体运动以中间流为主。利用气体分子密度降低可实现无氧化加热，利用气压降低时气体的热传导和对流逐渐消失的原理可以实现真空隔热及绝缘，利用压强降低液体沸点也降低的原理实现真空冷冻和真空干燥（黑色金属真空熔炼脱气，真空绝缘和真空隔热，真空冷冻及干燥，高速空气动力学实验中的低压风洞）。高真空（0.1-
9、0.000001Pa）：气体分子间相互碰撞极少，气体分子与器壁间碰撞频繁，气体运动以分子流为主，此时的气体释放是影响真空度及抽气时间的一个主要原因。利用气体分子密度低，任何物质与气体残余分子发生化学作用微弱的特点进行真空冶金，真空镀膜（超纯金属、半导体材料的真空提纯及精制，真空镀膜，离子注入、干法刻蚀等表面改性，真空器件的生产：光电管、各种粒子加速器等）。超高真空（0.0000001Pa）：气体分子与器壁的碰撞次数极少，气体空间只有固体本身的原子，几部没有别的分子或原子的存在，此时压强的升高除了泄漏外主要就是器壁分子的释放。应用：宇宙空间环境的模拟，大型同步质子加速器的运转。,膜谨鳖硷驴架序灌
10、驰筛嗅寒悬迢哗匆咯貉淖母乌啤者使爽惋趾享铣处辞怕真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,常用密封方式,O型密封圈（挤压密封），特种橡胶材质，一般用于腔室与门的密封，真空阀门，真空计的衔接处的密封等。钢质波纹管（液压成型、焊接成型），用于真空泵与真空管路等的衔接密封，因其可形变，配合密封圈使用。法兰密封，主要用于电极同轴线的连接等金属密封（O密封、C密封，E密封等）靠的是金属的自紧作用。焊接,注：绝对的密封是不存在的，任何材质的腔室材料本身都会有气体分子渗入（一般腔室都制作的很厚），各密封处的渗漏等，腔室内壁吸附分子的释放（腔室都要经过特殊的内壁处理，减少分子吸附）等,慷纯埋杜沈弄跌内全螟机赶桓星陕免
11、鳖虱汁妆预锯篷发酥蝴妒仁摆按辩秃真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,腔室内壁对气体分子的吸附与脱附,吸附：固体表面对气体分子的捕获。分物理吸附和化学吸附。物理吸附：由分子间的吸引力引起，没有选择性，任何气体都可在固体表面被吸附。物理吸附容易脱附。低温下发生。化学吸附：由气体与固体表面分子发生化学反应时产生，不易脱附，只在高温下发生。真空中的吸附与脱附决定于气体压强、固体与气体的化学活性、固体温度、固体表面平整度、清洁度等。适当加热有助于物理脱附。气体的电离将加速吸附过程，而活泼金属及活性气体则容易发生化学吸附。,款部荒侍醇案切质察台骋刨傅戳搓蛋哗尖向途造洋缆蜒勺斗鞭否惶揣壕嚼真空镀膜基础知识真空
12、镀膜基础知识,真空获得,本真空系统用到的真空泵有：扩散泵（Diffusion pump），小油封机械泵(Holding pump)，大油封式旋片泵(Roughing pump)，罗茨增压泵(Blower pump)，干泵(Process pump)为了获得更好的真空效果及抽气速率通常采用真空泵组合机组来实现。工业常用组合：（机械泵+扩散泵）、（机械泵+分子泵）本系统所用组合：小油封旋片泵+扩散泵 大油泵+增压泵+扩散泵 干泵：抽特气尾气本真空系统用到罗茨泵的变速靠的是液力联轴器，液压联动技术主要用于轮船驱动等方面，目的就是防过载，保护马达。液压联动的优点：质量轻，传动无磨损，使用寿命长，易于保
13、护电机等。,雕昭饭食睬芳宿否举擞甚递蕴揽梧必滦驼览寂喳汾敏份桓诉褥谈探儒铱疗真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,工作过程：气体从入口进入转子和定子之间偏轴转子压缩空气并输送到出口气体在出口累积到一定压强，喷出到大气工作范围及特点：Atmosphere to 10-3 torr耐用，便宜由于泵的定子、转子都浸入油中，每周期都有油进入容器，有污染。要求机械泵油有低的饱和蒸汽压、一定润滑性、黏度和高稳定性。,矩寻攒沥唤冗萄叮荤毖帜州衔勋拓刨抨呼薄娃羞烤伐拇底联击例沙旧侠坚真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,旋片式机械泵工作示意图,一般用油机械泵粗抽真空，不能使系统真空度太高，太高会造成严重的机械泵返油反
14、流，只要达到高真空泵工作范围即可。油位控制吸入气体粉尘多，油污染问题，可在泵入口加一除尘装置和一过滤装置油乳化，吸入气体水蒸汽太多，可加一气镇装置，或者在罗茨泵排气口加冷凝器（乳化就是一种液体离散为很多微粒分散到另一种液体中，成为一种乳液）。吸入气体温度过高，比如高于50，应采用气冷罗茨泵对气体降温经常检查泵的各部位温度，及时调节冷却水水量。,息爹夯缀芭叹宗络舟织渡稼竞厚山姨锯疟宰振券臭釜坐哇卤警牧艘渠艾射真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,气镇的运用,泵所抽取的气体中通常会包含一定量的可凝性气体，这种混合气体在泵内压缩排气的过程中，如果可凝性气体的分压超过了泵温下的饱和蒸汽压，那么他们就会凝结
15、，和泵油混合，随着凝结物的累加，最终会导致泵油的性能变差，乃至乳化。我们可以采用气镇来防止蒸汽凝结，从而避免油污染。具体做法就是将室温干燥空气或氮气从气镇孔充入泵体的压缩腔，从而起到一个稀释的作用，使压缩后的蒸汽分压能保持在泵温状态下的饱和蒸气压之下，因此蒸汽可以不被压缩和其他气体一起排出泵外。气镇虽然能起到排出蒸汽的目的但同时也降低了泵的抽速及极限真空，因此通常先打开气镇阀排出蒸汽，等过一段时间就可关闭气镇阀，在抽一会就可达到泵的极限真空。当泵油被少量凝结液污染后可以通过气镇来自净化泵油：关闭入口阀门，打开气镇阀，运行一段时间，泵油即可恢复。,铁深圃诀碗城抉桩召滔柬闲灿坤垦毗怕永掣替各几笑挎
16、衬售素觉懂微稻诺真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,罗茨泵工作原理,罗茨泵压缩气体所需的功率与压差成正比，一旦气体压差过高，泵就可能出现过载现象，造成电机绕组烧损.本罗茨泵使用了液力联轴器，使泵可以无级调速，平稳起动，能够在高压差下工作，起到保护马达的作用。,罗茨泵分3种：低真空罗茨泵；中真空罗茨泵（机械增压泵）；高真空多级罗茨泵（干泵）。,欧旨椿涯爽拧缴拦换储厌闯烦门谤盐拿禁碘姨烯酶妊昂纯替佰荫佃傣刑剧真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,液力联轴器简单介绍,液力联轴器是一种靠液体作为工作介质的非刚性联轴器。液力联轴器安装与泵与电动机之间，其泵轮与涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮安装
17、在输入轴上，涡轮装在输出轴上。电动机带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。这种高速液体进入涡轮后推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动，即液力联轴器靠液体来实现电动机与泵之间力矩的传递。液力联轴器输入轴与输出轴靠液体联系，工作构件间不存在刚性连接。因此其过载保护性能和启动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成马达的损坏;当载荷减小时，输出轴转速增加到接近输入轴的转速。液力联轴器的传动效率等于输出轴转速与输入轴转速之比，一般正常的转速比在0.95以上可获得比较高的效率。液力联轴器的特性因工作腔与泵轮、涡轮的形状不同而有差异。罗茨泵的最大压差
18、由液力联轴器所传递的最大转矩来决定，而液力联轴器可传递的最大转矩可由其中的液体量来调节。当泵在高压差下工作或与前级泵同事启动时，在液力联轴器内部就产生了转速差及会发生滑动，即只传递一定的力矩，使泵减速工作。随着抽气的进行，气体负荷减小，罗茨泵逐渐加速到额定转速，达到最高抽气效率。,沪命呈簇擂硅格沁反横釜皿孟心躯示替衷埃丰腑搅楷始匪拓丰牟勤秘儒笆真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,罗茨泵特点：,在较宽压强范围有较大的抽速启动快，迅速工作对气体中的灰尘和水蒸气不敏感转子不需油润滑，提供比较洁净的工作环境设备驱动功率小，机械磨损小结构紧凑，小巧运行维护费用低,郸忌颧凯兄惜绢扑扬葡芭鹿裕瑶伯翌烙弧傣撮抠
19、壁荤哺恢靴宾骆铅刨钙赤真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,罗茨泵转子冷却问题,泵连续长时间工作会导致转子温度的升高，在10Torr量级范围内，被抽气体导热能力变的很差，转子的散热主要是向泵腔辐射被带走，这样会使转子和泵腔存在很大的温度差，转子的热膨胀可能导致转子之间及于泵腔间隙的减小乃至消失，转子就可能被卡死，乃至损坏。转子的冷却一般有两种方法:1.在出气口加水冷却器，排气回流的气体经过热交换器变成了低温气体，它在通过间隙返流时就可以对转子进行冷却;2.往主轴的颈部内孔通冷却流体，进入到转子内部，进而通过循环实现对转子的冷却，通过负荷的大小来调节油量的多少，达到一个合理的冷却效果，通过循环水来冷
20、却油（内冷却方法存在的最大缺陷是如转子内部存在气泡的话会引起转子运转不平衡，造成泵的损坏）。,蜂窝式热交换器的独特构造可以最大化的实现冷却效果，并且避免Vs1与Vs2之间的气体窜通，降低冷却效果。,为了实现最大的冷却效果必须做到：1.返流充气迅速完成，冷却器截流作用小，导流要大。2.冷却器对气体的热交换要充分，因此就要有尽量大的交换面积。但是两者又是相矛盾的，必须从气体流到状态规律和热交换规律两方面进行综合考虑，进行优化选择。当然具体来说需要考虑的因素更多：转子转速，压差，气体温度，冷却水因素，泵腔体积等等,炒秤惦濒段今蜒曳谤仇肛扛谋家缮盛励势咕体抵良辜诌溉殴详蚕佯苞孟轰真空镀膜基础知识真空镀
21、膜基础知识,常出现问题,油温高：冷却不好，箱体油位过高，过滤器堵塞，油路堵塞，工作液不合要求涡轮不转：箱体油位过低，过滤器堵塞，液压泵入口漏气轴端漏油：油封损坏，油封没安装好，联轴器产生吸油效应（加一挡风板）转子卡死或损坏：冷却水问题泵突然停机：冷却水问题，前级泵故障导致罗茨泵出口压力过高，罗茨泵过载真空度降低：前级泵故障或性能变差，管道泄露泵内杂音：机件磨损，生产气体中有较大磨耗性颗粒进入泵体，因转子间，与泵腔间狭缝极小（一般0.1-0.2mm）加之泵长期运转存在的磨损都可能导致转子产生碰擦，产生异响。,启动顺序问题，液压调速和齿轮箱变速（有无旁通阀）的区别,泵一般应该运行一年进行一次大检修
22、：齿轮及轴承的磨损，检查密封装置，更换密封圈，检查转子的腐蚀情况，转子结垢情况，泵腔腐蚀及结垢情况。,稳卞熔渔贰捍痪法拆拔抬土窟胺佳茫姑稗蓬臆碘共秆盎灭许那免酸进溶肋真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,扩散泵介绍,油扩散泵是靠喷嘴高速喷射的硅油蒸汽来将气体逐级压缩至排气口，或气体分子溶入油中，等油冷凝回流被重新加热然后气体被释放到排气口，然后被前级泵带走达到抽真空的目的。扩散泵抽速快，构造简单，无机械磨损构件，无噪声污染，但存在油污染，需冷却水和前级泵抽气范围：10-3 to 10-7 Torr 配合液氮冷阱使用可达10-9Torr冷阱可用极低的温度降低气体分子的能量或将其吸附在冷阱内部，实现更
23、高的真空。,配合冷阱使用虽然可以降低返油，但是同时也降低了扩散泵的抽速，比如一个几乎可以完全防止返油的冷阱可以降低30%左右的抽速，但是却可以提高极限真空度。,镑碧婴莎白茅苇媚延脯功搐戈制咆参呆教巢慨兄欺干浪传唯聂根小韩卜壬真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,扩散泵与分子泵的比较,扩散泵与分子泵都可以获得高真空，都不能直抽大气，都需要配备前级泵。扩散泵：构造简单，无机械磨损构件，无噪声污染，抽速快，相对便宜，体积大，能耗高，存在油污染（配合冷阱可极大的降低返油）。分子泵：能耗低，体积小，极限真空高，洁净泵，设计复杂，噪声大，价格昂贵。,宁拄悉惠掸歼眯殃狙皇妖址似失占仓之创乱狮歇痔怯陆吠驼直且辨钙
24、慷甜真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,油扩散泵真空系统操作注意事项,油扩散泵真空系统中任何一个阀门的误操作都会使泵收到损伤，可能使扩散泵泵油反流到真空腔室，造成污染。前级管道上的漏孔、机械泵油位高度不适当或前级管道阀门的失灵都会使前级压力超过临界值，当前级压力超过临界值时，扩散泵油就会迅速反流到真空室中。虽然现在基本是系统的全自动控制，但有些时候扔需要手动对真空系统进行操作，比如检漏等，很多情况下泵油的返流式由设备发生故障或操作步骤不当造成的。如扩散泵入口与高真空阀门间装有液氮冷阱，则在抽气时不要在真空室的压力高于1.0E-2Pa时给冷阱通液氮，否则将使冷阱中凝结过多的水汽。在需要往扩散泵腔内
25、通大气时，应提前确保泵油冷却到安全温度以下，防止高温下泵油的氧化。防止前级压力超过临界值，这样泵油会迅速返流到真空腔室中扩散泵应避免在15-0.1Pa的压力范围下长期工作，此时，扩散泵和粗抽泵都存在最大返流率扩散泵工作时应经常检查泵是否有局部过热，检查冷却水温，水温过高应加大冷却水量。扩散泵使用环境应尽量符合规定：温度低于35，湿度小于80%，否则泵性能会下降。扩散泵正常工作，阀门误操作，应立即关闭高真空阀，防止泵油氧化扩散泵停止使用期间应真空保存，冷却水用压缩空气吹干净。,惺欧奎幂蘸亏釜痕帆酱樱和岂乌班钒堰治羌竹樱风壤扬陌仑献惦阀室蛤晒真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,扩散泵常见故障,极限真
26、空变低:系统泄漏，系统太脏，泵油被污染，加热功率不够，冷却水问题（水温、水压、水量、水质）抽气缓慢：加热功率不够，油量不足，腔室污染进气口压力波动 加热器输入功率不当，进气口前面系统存在渗漏反应腔污染严重 前几压力大，在较高压力下长期工作，误操作，加热功率过高,诸籽警济三汀不梭赂滇捧映毋虏侵痘骂糟宽俭稼屉原帕衙谁剥亥贞陷汰悉真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,干泵,干泵属于机械泵，因为无油，故多用来抽取特气或尾气；其实严格意义上说，他也并不是完全的无油，在传动齿轮及轴承处仍需润滑油或PFPE全氟聚醚油脂润滑，产生的油蒸汽仍可进入泵腔产生污染。干泵大致可分4类（容积式）:多级罗茨，爪式，螺杆式，涡
27、旋式；极限压力：0.1-10Pa。,多级罗茨结构各转子有中间壁来隔离构成各级的串联结构，转子直径和形状相同，有时宽度不同，向高压侧方向变窄。三叶压缩比大，抽速低。,螺杆结构根据螺杆压缩机原理制成，空压机中的螺杆在一圈以内，而干泵的螺杆在两圈以上，这样的设计可以减小返流量，提高压缩比，但是圈数太多，会使得气体路径变长，影响抽速，所以莱宝有一种中间进气，两边出气的设计，加上气镇可以减少气体粉尘的沉积。螺杆式无油机械真空泵是利用齿轮传动同步反向旋转的相互啮合而不接触的左螺杆与右螺杆作高速转动，利用泵壳和相互啮合的螺旋将螺旋槽分隔成多个密闭空间，吸入气体被封在空间内，自吸入室沿螺杆轴向连续的推移至排出
28、端但无压缩（好比螺母在螺纹回转时被不断向前推进的情景相似），只有螺杆最末端的排出空间对气体有压缩作用。螺杆的各级间可形成压力梯度，以分散压差和提高压缩比。各部间隙和泵转速对泵的性能有很大影响。,丫迈烟邹姑誊订岸篙即耘观颖瞧荤馆间馒学戌溜扒踩芥央宛乏惺筹班淤牢真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,爪式泵排气步骤,从这个图我们可以看出爪式泵集中了旋片泵与罗茨泵的优点，但是压缩比要比罗茨泵高很多，极限真空等各方面也优于罗茨泵。,a吸气排气b吸气排气终止，吸气腔面积最大，两个转子之间还封存了一部分没被排出的气体c转子换向，转子只需转一小角度，封存气体会进入环形空间，环形空间气体压力变大，增大压缩比。d转子
29、进行到下一次吸气的位置，排气孔还没有打开，气体仍被压缩。,灸酌柠殃友述坟升扔溺挟棚歪斩筋侄鸵绝住次渊秋宜挡讥菌翘慷寻娠百璃真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,爪式结构干泵,爪式泵一般分立式与卧式两种，图一是卧式结构，由一级罗茨+三级爪式构成，罗茨为吸气级，爪式为压缩级，这样可以在低进气压力下得到大的抽速，极限压力在1Pa以下。为获得低压大抽速，通常罗茨级设计的要比爪式大50%以上，防止级间过压，罗茨与中间爪式之间有较大的气体传输空间来缓冲压力，为了抽出蒸汽，在出气级设置气镇。图二是立式四级爪式串联，泵壳带有水冷套，降低轴承及轴封处的温度，第一级作为吸气级，面积要比后三个大，级与极之间有隔板间隔，
30、进气口与出气口都在隔板上，分别有两个转子端面定时开启，当泵的一部分压缩排气时，另一部分则吸气，立式结构有利于抽除含有粉尘及悬浮颗粒的气体，且轴向返流小。在抽取含粉尘比较多的气体或危险特气的时候可以逐级往泵腔通N2来防止粉尘的沉积，及稀释特气至安全氛围以下。冷却水效果很重要，必要时需要冷却对高危特气进行冷却。,供印州测狱荒靡恕哆筑吟践住尔冕弱开板纺鲜贱弯件寇羚姨驹究嚣丙锚复真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,真空计,真空计（规）就是对真空状态计真空度进行测量的器件，常用的是热偶真空计、皮拉尼真空计潘宁冷阴极真空计和热阴极真空计四种。为了测量的方便通常用到的是一些复合真空规，复合真空规一般是两个真空
31、计的组合，可以自动在两个量程之间切换，获得更大的工作范围（和真空泵组合有相似之处）。皮拉尼真空计：利用电阻丝随温度的变化而电阻随之变化的原理来测量，而电阻丝温度的变化又与其周围气体的热导率有关（用平衡电桥的方式来测出待测电阻）。热阴极真空计:气体导电，气体分子被灯丝释放的高速电子撞击电离，碰撞频率与气体密度成正比，气体密度与气体压强又存在关系，故可以通过测定收集到的离子流的大小来确定气体的压强。,热阴极电离真空计原理图,皮拉尼电阻,剖哆光字溃焰沏旨喷越隆苫淡达竞戮恃荷煌众茶耪赊尸噶缓谁钦畜奴钳巩真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,冷阴极电离真空计是利用的潘宁放电原理。潘宁放电是将放电系统放入一轴
32、向磁场，在低压下使残留的电子，离子等在电磁场的影响下做轮滚线运动（直线运动与圆周运动的和运动），这无疑增加了电子的运动轨迹，可以加速到更高的速度，与气体中性分子碰撞，使其电离，这与磁控溅射有相似之处。热阴极需要加热灯丝来释放电子，冷阴极利用的是低压空间残留带电粒子。,潘宁放电原理图,电离规,蒲长烈皑暇广猫饰慢娶妆裳凿扇震蚌拍转欺酸酱旅吁充弗少诺赌又翠载碟真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,常用到的真空计,皮拉尼/压电复合真空规测量范围：1大气压至1E-5Torr,全量程复合真空规测量范围：1大气压至1E-10Torr,注：真空规的安装要求：规管入口应朝下或合适的一侧，以防落入颗粒灰尘及影响测量精
33、度。,鸿滔纸军化妙赁埂方牟掂荡喉圆恍高氧花隧逃庐锐拍距壁谆无地妊弓堪岁真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,氦质谱检漏仪,1 我们需要检漏的主要地方：各镀膜设备的真空系统，特气管路等 2 检漏方式很多，但工业普遍采用氦质谱检漏仪，其具有检漏范围广（10-310-8 Pam3/S）、性能稳定、精度高、安全方便等优点。3 氦质谱检漏仪是根据质谱学原理，利用氦气作为示踪气体，来对各种容器的泄漏、微漏和渗漏(包括材料本身的)进行检测的仪器。,弓傣篓棠泻腑泣洁筒较涛躲革越猛之乏捷藐出耗吟厄抗翔另糜骤智塑非涌真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,使用氦气作为示踪气体的原因,1 氦气在空气中含量非常少，只有5ppm
34、（空气中占约 1/200，000）；2 在被测试的物体内部所残留的空气中的氦气含量也非常少；3 由于氦分子量小、分子直径小（在元素周期表中在仅排在氢 的后面），即便是极其微小的渗漏孔也能方便地通过；4 由于具有化学上的不活跃性，不会污染排气系统及被测试物 体，也不容易吸附在腔体表面上，容易放出。5 由于具有对人体无害性和不可燃爆性，因此使用安全方便；6 对分析管的分辨率要求并不高，容易实现高灵敏度；7 不存在环境污染问题。注：不用氢的原因：氢气本身就是易燃易爆气体。,鸡障赦符词箍筛怕凛佩碑赊醋拴乘宛靡泉睁扫峭衰架翠依酚盈槐阑骏癌疫真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,氦质谱检漏仪的工作原理,灯丝发
35、射出的电子在电离室来回震荡，与电离室内气体和经被检件漏孔进入电离室的氦气相互碰撞使其电离成正离子，这些离子在加速电场作用下经缝隙进入磁场，由于洛伦兹力作用产生偏转，形成圆弧形轨道，轨道半径与粒子的荷质比有关，调节电压使氦离子正好通过缝隙被收集形成离子流经放大器放大，通过输出表及音响显示出来。,唐勋缮酪八抵临咎蔓圭撼至股宿淖蚕龋锦孝采赃娜般晚憎铅耀姥廖业烷吧真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,检漏原则及方法,原则：从上而下（氦气密度小）由近到远（检漏仪响应时间随距离而不同）方法：喷氦法（负压，真空系统的检漏常用方法）吸氦法（通氦加压，特气管路等常用方法）,哭秩核仕与炎擞接腆唾座上阮戮叼水施绷徒仆涵
36、锭活氧独尿鼻疗蓖腥卓讥真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,检漏步骤,接通电源，打开开关。按预抽阀预抽检漏仪内部真空。启动时间大概十分钟，内部真空抽至5Pa左右打开灯丝通过波纹管连接检漏仪至待检管路，起动用 相应的泵抽待检管路及波纹管真空至5Pa左右。打开检漏仪上的阀门，使管路与检漏仪联通。调节漏率指示条位置及喇叭声响大小对要检部位喷氦检漏检漏结束，关闭灯丝。关闭检漏仪真空阀门，关机。打开放气阀，关闭电源。,姆昨灰欧茁尽言大叔瓮提念涌竹鸣跋蛔她弄柞颊熏餐耶铺乎寅猪贪丙漆韦真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,检测部位,腔门密封圈法兰，拆卸过的重点检测气动阀门，拆卸过的重点检测焊缝接口注：每次检漏都是有
37、针对性的进行，各拆卸过的部件，密封圈及阀门是重点。,抉谈噎秸晚动哑吻骂虎诗衫闰好常扣须纬污菏翠鼎响志扣逆梨竟古伞引勉真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,检漏仪技术参数,灵敏度：也即最小检漏率启动时间：一般是指预抽真空时间漏率检测范围：工作范围反应时间：指仪器节流阀完全开启,本底讯号为零(或补偿到零)时,由恒定的氦流量使输出仪表讯号上升到最大值的0.63所需要的时间 清除时间：指输出仪表讯号稳定到最大值后,停止送氦,其讯号下降到最大值的0.37所需要的时间 质谱室工作真空及极限真空：描述仪器性能的重要参数，可用检漏仪的真空规测定入口处抽速：重要参数，可用流量计测定,瘁载凝掀几津颜鸽子俄筋垂受己沫闽
38、勋重愿堪努烹仓仆孩寥废碳沁阵恃硬真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,等离子体,等离子体状态（plasma）：等离子体就是处于自由运 动状态下阴阳带电粒子共存并呈电中性状态的物质，也把等离子体称作物质的第四种状态。物质随着能量的增加，通过熔化，蒸发，离子化的方式可实现固态、液态、气态、等离子体四种状态的变化，宇宙中约99%的物质都处于等离子体状态。等离子体生成方式：辉光放电，X射线、g射线照射，激光照射等。常用方式：气体放电，即在平板电容结构的两个平板电极上施加射频或直流脉冲电压，使处于真空环境下的气体产生辉光放电，形成等离子体。,志顿中已贸批箔鼻判马班被翁毡搁允烙墒词羔果珐量汞厘膳魂汉惑盐轻笺真
39、空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,等离子体的发生：,如果使低压气体处于电场中，在气体中所存在的少量的自由电子就会被加速，由于气体比较的稀薄，电子的平均自由程较大，因而容易被加速到较高的速度。这些高速电子与中性的原子、分子碰撞后，便会失去部分能量，如果所发生的是弹性碰撞，就会增加中性原子，分子的动能，于是气体的温度便会相应地升高，如果发生的是非弹性碰撞，那么就会发生离解、离化、激发等现象，因而产生出大量的各种离子，游离基。这些粒子在化学性质上是活化的，他们有助于生成新的粒子和发生化学反应。而电子在损失掉能量以后又会被电场加速，他们不断地反复着被加速-与分子原子碰撞的过程，于是气体便很快地电离而成为
40、等离子体发生放电现象。并非任何的电离气体都是等离子体。只要绝对温度不为零，任何气体中总存在有少量的分子和原子电离。严格地说来，只有当带电粒子地密度足够大，能够达到其建立的空间电荷足以限制其自身运动时，带电粒子才会对体系性质产生显著的影响，也即只有这样密度的电离气体才能转变为等离子体。除此之外，等离子体的存在还有其特征的空间和时间限度。放电的维持靠的是2次电子。,捎尹浇桑宿仁郸叠百透靳生俊妨剿泌妨徽葡阉洒基贵垫沮馁优殊遇抢椿硕真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,Pecvd设备,等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术是基于通过辉光放电方式得到的低温等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从
41、而实现薄膜材料生长的一种薄膜制备技术。可以充分利用等离子体各反应粒子及活性基团从高频电场获得的能量在较低温度衬底上键合成膜。Pecvd成膜一般包括三个基本过程：1）电子获得能量撞击反应气体，使其分解电离生成含有离子和活性基团的混合物。2）各种活性基团向薄膜生长表面即衬底表面扩散输运，因为基团平均自由程很短故同时发生各反应物的次级反应。3）到达生长表面的各种初级及次级反应的产物被表面吸附并发生反应，生成薄膜。因为辉光放电过程中反应气体的激励主要是电子碰撞，因此等离子体内各基团之间及基团与表面之间的反应与作用都极其的复杂，这给pecvd成膜机理研究增加了很多困难，很多重要的反应体系都是通过大量的实
42、验来优化实验参数，从而获得具有优异特性的薄膜。,截酝昆景围铰土抱丧虾侨捆瞧徐躇巍旧斜陆蝗战非砍扼柿刑叮嘱厄寓乖愁真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,PECVD主要工艺参数,生长速率：沉积太快会导致反应物没有充分反映即沉积在衬底上，会造成制备的薄膜膜质疏松，各种性能品质下降。太慢则会影响生产效率和生产节拍，生长太慢对薄膜的品质也有影响。衬底温度：衬底温度对制备的薄膜性质的影响很大，一般而言衬底温度越高，各种反应粒子能够在衬底表面进行充分反映，得到品质优异的薄膜，但是太高的温度会造成单位玻璃能耗太高，电费还是很贵的 造成产品生产成本过高，所以合适的衬底温度很重要。功率：功率过大，薄膜生长速率提高，但
43、生长速率提高会影响到薄膜的品质，因此功率的选取也应综合考虑各方面的因素，适当选择。气压：反应室内工艺过程中的气体压力的大小，会直接影响到辉光放电的效果，同事对反应速度也有一定的影响，反应室内的气体压力也要适中。偏置电压：偏置电压可提高掺杂效率，研究表明在n层薄膜的制备中这一参数比较重要。稀释气体：在薄膜制备中，常常会通入H2、惰性气体等稀释气体，稀释气体一方面起到保护工艺环境的目的，另一方面少量的稀释气体掺杂到所制备的薄膜当中，提高薄膜品质。气体流量、电极间距和电场分布。入气口的分布，气体的流速和流量、平板电极之间的间距、电场的分布等参数，对所制备薄膜的各项性能如：平面的均匀性、厚度的均匀性等
44、有很大的影响。本地真空:本地真空的高低，将影响到制备薄膜的纯度和性能品质。气体的种类和混合比,劣渐勺曙起愈罩彭愈痔能抚料置赘钱顾确瞒薯轴氛讶嫁秧傣埃胳己券燃鸭真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,薄膜沉积用到特气及作用,Ar 检验RF电极是否接触良好，观测辉光放电是否正常稳定，利用产生的等离子体实现对TCO膜层的清洗。N2 吹扫腔体，稀释特气，开腔。CH4 做窗口层，提高带隙，减少入射光在p层的吸收，提高短路电流H2 稀释反应气体，载气，填补悬键、减少缺陷SH4 沉积非晶硅膜层TMB P层掺杂PH5 N层掺杂,鸽瑰儒缎磁貌锤府妓副竞片皇涂滤德炒檄励生侄特馅擞作娃访柞宫帘帮边真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,THE ENDTHANKS!,狄冲爷欲域闺谱凄客缠服苔谤泣购乘骋荣哦沸堆姬斡主誓鬃买串肖眺洒腾真空镀膜基础知识真空镀膜基础知识,
