真空微波等离子体实验一、实验目的1.了解真空技术基础知识2.利用机械泵组获得真空，并使用复合真空计测量被抽容器所能达到的真空度。3.掌握多功能微波等离子体装置的使用方法，利用等离子体化学气相沉淀装置制备金刚石薄膜材料。二、实验仪器FB7008A型多功能微波等离子体装置（内置机械泵组，热偶真空计，电离真空计）、超声清洗机。三、实验材料硅片、氢气、甲烷或甲醇气体、乙醇和丙酮等有机溶液。四、实验背景知识真空是指低于一个大气压的气体空间。压强越低，真空度越高；压强越高，真空度越低。真空可按其压强高低划分为：粗真空、低真空、高真空、超高真空。等离子体：又叫做电浆，是由电子、离子等带电粒子以及中性粒子（原子、分子、微料等）组成的，宏观上呈现准中性，且具有集体效应的混合气体。准中性:在等离子体中的正负离子数目基本相等，系统在宏观上呈现中性，但在小尺度上则呈现出电磁性，而集体效应则突出地反映了等离子体与中性气体的区别。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。合成金刚石薄膜的方法大概可分为四类，共有十几种，等离子图排气阀籬片式机械真空臬的结构示意图却鬓虚片进气嘗敬汨H1来测量真空。上图是机械泵结构示意图。体合成法就是其中之一。该方法是将碳氢化合气体或其他含碳气体与氢气作为原料气，在真空系统中导入上述气体，经等离子活化后到达基体表面进行沉积反应。五、仪器工作原理本实验采用机械泵组来获得真空，使用热偶真空计和电离真空计机械泵的工作原理是：依靠插在偏心转子中的数个可以滑进滑出的旋片将泵体内的气体隔离、压缩，然后将其排出泵体之外。它的极限真空度在10-2—10-1Pa左右。热偶真空计工作原理：Q=Q1+Q2+Q3Q为电源加热灯丝产生的热量，Q1为辐射热量，Q2为灯丝与热偶图1」4电离真空规及其结构示意丝的传导热量，Q3为气体分子碰撞灯丝而带走的热量。热平衡时，Q1、Q2为恒量，Q3随气体压强而变化。压强越小，因碰撞而带走电诡谟ilthlil—I电邂1.12战他VT空规戲其結拘』*意闺的热量越少，温度越高，温差电动势越高；反之亦然。热偶真空计的测量范围是0.1〜100Pa,因为在气体压力高100Pa时，气体的热导率将不再随气体压力而显著变化。此时，用热丝温度测量气体压力方法的灵敏度将迅速下降。并且当气体压力低于0.1Pa以后，由气体分子传导走的热量在总的加热功率中比例过小，测量的灵敏度也将呈下降趋势电离真空计工作原理：热阴极发射出的电子将在飞向阳极的过程中碰撞气体分子，并使后者发生电离，由离子收集极接收电离的离子，并根据离子电流强度的大小就可以测量出环境的真空度。其电酿20Vi③FBM03A微波发生器、锻波传输与微蛙谐振系统^4-4-1FE7008A微波等离子体化学气栩沉职装胃I—a控管；2—环行■眸；肓一水负戟；*魏钉阻抗调配胖;鼻一浊导管；—徴波谐振腔；了一瘟踣活塞调节手柄；呂一反应室观麻孔*9一反应鉴休入口；1D—怜却永管近代物理实验中所使用的微波等离子体化学气相沉积装置如图所示测量范围为：10-2-10-7Pa微波化学沉淀气装置装置主要由微波发生器、环形器、定向耦合器、表面波导放电部分及沉积室组成。对于CH-H2气体系统而言，气体发生离解而产生大量的含碳基团和原子氢。含碳基团在基片表面进行结构重组,由于原子氢对SP2键碳原子的刻蚀作用远比对SP3键碳原子的刻蚀作用强烈，这样重组后具有金刚石结构的SP*键保留下来，在合适的工艺条件下，可实现金刚石的形核生长,并在基片表面上得到完整的金刚石薄膜。六、实验过程⑴FB7008A实验装置设计了缺水保护装置。当首次使用本仪器时,必须把冷却水水箱里加满冷却水。接着可按下冷却键,3min后,制冷系统自动开始工作。(2)检查确认真空气路的连接是否正常,确认气路连接正常后,进行下一步操作。⑶按顺序依次打开总电源一冷却水一真空泵，机械泵开始抽本底真空。抽气5min后，打开热偶真空计，读取被抽容器的真空度并记录数据。(4)打开电离真空计,读取被抽容器的真空度并记录数据。先把微波功率调节旋钮逆时针调到底,然后打开高压开关,再顺时针调节微波功率调节旋钮逐步提高磁控管工作电压,使反应腔中的气体受激产生等离子体。(5)...
