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392 为科学献身的时候到了(求订阅)

我有科研辅助系统作者:肥美的韭菜 2021-04-23 07:40
      蒸镀舱的真空度达标后,许秋和莫文琳又回到实验室,先按照正常的方法用束源炉加热法蒸镀了三氧化钼。

      之后等待束源炉温度降低至100摄氏度以下,开始准备蒸镀金属电极。

      平常蒸镀厚膜金属电极的时候,蒸镀的速率并不是很重要,有的时候赶时间,还会直接用闪蒸的操作方式制备电极。

      所谓闪蒸,突出一个字“闪”,就是直接用大电流,在不烧断保险丝的前提下,把蒸镀速率拉满,嗖的一下就把膜给镀好了。

      对比一下,正常蒸金属电极是大约1埃每秒,即01纳米每秒的蒸镀速率,蒸100纳米需要大约17分钟。

      而闪蒸的速率可能会达到6埃每秒,甚至10埃每秒以上,直接几分钟就能搞定。

      除了蒸的快,闪蒸还有另外一个优点,那就是蒸的厚,对靶材的利用率高。

      尤其是平常在蒸镀金的时候,因为金比较贵嘛,所以为了防止浪费,都是尽量少加金靶材,然后直接闪蒸的。

      根据许秋的经验,如果闪蒸把金全部蒸完,得到的金膜厚度是100纳米的话,正常速率蒸镀得到的厚度可能就只有30-50纳米,差距还是非常大的。

      凡事有利就有弊,闪蒸也是有缺点的,那就是会让蒸镀得到的薄膜变得不均匀。

      举一个不太形象的例子,可以把蒸镀的过程想象下冰雹的过程,器件表面想象成为泥土地面,蒸镀速率越快,冰雹颗粒越大,下落的速度越快,就更容易把地面给砸出坑来。

      对应在蒸镀过程的体现,就是蒸镀速率越快,靶材分子越会倾向于渗入有效层或者传输层薄膜中,从而形成不同位置厚薄不同的金属电极。

      当金属电极的总厚度比较厚的时候,厚薄不均匀的影响不大,假设膜厚在100纳米,厚度的偏差在10纳米,最终得到的厚度分布也会是100±10纳米,自然不会影响到电极的导电性能。

      可如果厚度比较薄的时候,这个影响就明显了,厚度是10±10纳米,有些地方就直接断路了。

      因此,现在蒸镀1纳米的金,9纳米的银的双层薄层电极,为了保证电极的连续性,不仅不能闪蒸,而且还要进一步压低蒸镀速率。

      许秋计划选用的蒸镀速率是02埃每秒左右,和蒸镀三氧化钼传输层的速率相当,这样蒸1纳米的金,需要大约1分钟,9纳米的银,大约需要7分半钟,比平常蒸镀的时间还要短。

      理论合理,实践开始。

      许秋设置好金靶材的各项参数,包括密度、z因数等,然后启动电流加热装置,将电流输出端调至金靶材的回路,同时向莫文琳吩咐道:

      “莫文琳,你记录一下实验条件,刚刚三氧化钼是565摄氏度,02-03埃每秒,膜厚是10纳米。接下来的金、银电极膜厚分别为1纳米和9纳米,计划蒸镀速率是02埃每秒……”

      “好的。”莫文琳点点头,然后从蒸镀手套箱顶上摸出一本实验记录本出来,开始记录。

      像这种大型仪器的使用都是需要记录的,要是出现问题比较容易追责,当然,也不完全是为了追责,这样做还能让实验人员不至于忘记之前的实验条件。

      尤其是不熟练的新人,如果忘记了实验条件,旁边还没有老人可以请教,就可以自己翻一翻之前记录的条件进行模仿。

      许秋旋转旋钮,缓缓的加大电流强度,从0安培到5安培,再到10安培,然后到15安培。

      在这个过程中,膜厚仪显示的实时蒸镀速率都是在±001埃每秒之间来回跳动,波动幅度不大。

      这主要是因为金的密度比较大,在膜厚仪通过晶振片上的电信号换算蒸镀速率时,密度是在分母上的,所以气流扰动等造成的误差就会变小。

      在15安培的时候,许秋把电流稳定住,并停留了几分钟。

      这一步是习惯使然,目的是预热,把钨丝和靶材的温度先往上提一提。

      在蒸镀铝的时候这一步非常有用,一方面可以防止蒸镀速率不受控制,另一方面如果不进行预热,可能会导致挂在螺旋状的钨丝上的铝条掉落,甚至钨丝直接熔断,导致实验失败。

      虽然蒸镀金、银的时候用的不是螺旋状的钨丝而是钨篓,但小心一些总没有坏处。

      许秋继续提高电流,直至175安培的时候,蒸镀速率从±001埃每秒开始001、001的往上跳动,同时电流值也开始波动,表明金靶材已经开始熔化。

      等了几秒钟,蒸镀速率达到010埃每秒附近,渐渐稳定了下来。

      许秋没有犹豫,直接同时按下膜厚仪清零按钮和样品挡板按钮,开始蒸镀。

      然后,他一只手操作电流控制旋钮,一只手放在样品挡板上,眼睛则时刻盯着蒸镀速率和膜厚


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