JGP-450A型磁控溅射沉积系统

一、设备名称和型号

设备名称: 磁控溅射沉积系统

规格型号: 中国科学院沈阳科学仪器JGP-450A

二、技术参数

溅射真空室组件

溅射真空室

圆筒型真空室尺寸Φ450X350mm，电动上掀盖结构，可内烘烤 100～150℃，选用不锈钢材料制造，氩弧焊接，表面进行化学抛光处理，接口采用金属垫圈密封或氟橡胶圈密封。

上盖组件：

上盖组件上有一个 CF35 的法兰接口和一个 CF16 的法兰接口，侧面还焊有帮助

上盖升降时定位的挡片。上盖组件上可以安装电动提升机构组件，中间根据工作需

要安装单基片加热台或六工位基片加热公自转台。

 

上盖组件

真空获得和工作气路组件：

真空获得和工作气路组件

溅射真空室：选用分子泵T+机械泵R通过一个超高真空闸板阀G主抽，并通过一个旁抽角阀 V1 进行旁路抽气；通过两路 MFC 质量流量控制器充工作气体，每路配有角阀 V5、V6，配有混气室，还可以不走混气室从角阀 V2 单独进气。MFC 流量范围：一路 200SCCM、一路 100SCCM。通过 V4 阀充入干燥氮气放气。

 

安装机台架组件：

采用优质方钢型材（50mmX50mmX4mm）焊接成，前面和两侧面安装快卸围板，表面喷塑处理；机台表面用不锈钢蒙皮装饰；底面安装四只脚轮，可固定，可移动；安装机架尺寸：L1115×W860×H1000mm,。

机台架组件

三、工作原理

真空溅射室

磁控溅射镀膜的基本原理：

以磁场改变电子运动方向，束缚和延长电子的运动路径，提高电子的电离概率和有效地利用了电子的能量。因此，在形成高密度等离子的异常辉光放电中，正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效。

四、应用领域

（1）各种功能性薄膜：如具有吸收、透射、反射、折射、偏光等作用的薄膜。例如，低温沉积氮化硅减反射膜，以提高太阳能电池的光电转换效率。

（2）装饰领域的应用，如各种全反射膜及半透明膜等，如手机外壳，鼠标等。

（3）在微电子领域作为一种非热式镀膜技术，主要应用在化学气相沉积（CVD）或金属有机物。

（4）化学气相沉积（CVD）生长困难及不适用的材料薄膜沉积，而且可以获得大面积非常均匀的薄膜。

（5）在光学领域：中频闭合场非平衡磁控溅射技术也已在光学薄膜（如增透膜）、低辐射玻璃和透明导电玻璃等方面得到应用。特别是透明导电玻璃广泛应用于平板显示器件、太阳能电池、微波与射频屏蔽装置与器件、传感器等。

（6）在机械加工行业中，表面功能膜、超硬膜，自润滑薄膜的表面沉积技术自问世以来得到长足发展，能有效的提高表面硬度、复合韧性、耐磨损性和抗高温化学稳定性能，从而大幅度地提高涂层产品的使用寿命。磁控溅射除上述已被大量应用的领域，还在高温超导薄膜、铁电体薄膜、巨磁阻薄膜、薄膜发光材料、太阳能电池、记忆合金薄膜研究方面发挥重要作用。

五、可开展实验项目

钙钛矿太阳能电池的电极制备研究

叠层太阳能电池的器件制备研究

铜铟硫薄膜太阳能电池的制备及性能研究

六、可培训技能

磁控溅射沉积系统实践操作许可证

七、操作规程

1、     开机前准备工作
 1）开动水阀，接通冷却水，检查水压是否足够大，水压控制器是否起作用，保护各水路畅通。
 2）检查总供电电源配线是否完好，地线是否接好，所有仪表电源开关全部处于关闭状态。
 3）检查分子泵、机械泵油是否标注到刻线处，如没有达到刻线标记应及时加油。
 4）检查系统所有阀门是否全部处于关闭状态，确定溅射室完全处在抽真空前为封闭状态。

2、     开机

启动总电源：确认所有电源开关都在关闭状态后，按下总电源开关，此时电源三相指示灯全亮，供电正常。
!!!提示:如果电源三相指示灯没有全亮，应检查供电电源是否缺相。在确认电源正常之后方可进行下一步工作。

3、     大气状态下真空室泵抽真空：

打开复合计，测量真空启动机械泵 R
  按下机械泵 R 开关，机械泵指示灯亮，此时机械泵工作。
打开旁抽阀 V1 逆时针开2圈，10秒后再开5圈
  当真空计显示的真空度小于20Pa时，关闭旁抽阀。
打开电磁阀 DF
  打开分子泵 T 口处的电磁阀 DF 开关，指示灯亮。
打开闸板阀，启动分子泵电源
  打开“闸板阀 G”，打开分子泵 T 电源开关，打开分子泵启动按钮。开始抽高真空，分子泵连续抽气，经烘烤后，待腔体冷却后，真空室的真空度可达到极限真空度指标。
!!!提示: 设备中的闸板阀设有开关指示功能，闸板阀门开关时手感轻松，在阀门关闭时可听到一声响动，同时力量减小、有明显的空程，这时阀门已经关闭到位，不要继续硬性旋动手柄，以免阀门传动机构受到损坏。开启时也有一声响动，行程指示到位后阀门也开启到位。
!!!警告:阀门开启前，必须平衡阀门两侧的压力（阀门两侧必须同时是真空或大气）如强行开启阀门会造成密封圈及传动机构的损坏，造成阀门无法使用（此项要特别注意，阀门开启时一定要注意观察阀门两侧的压差）。
!!!警告:在阀门使用过程中如发现异样的声音或者开关阀门时力量异常，首先应该观察阀门前后真空系统的压力是否平衡，如果有压差必须停止强行开启，待压力平衡后再进行开启，以免损坏机构。

4、     真空室处于真空状态时抽真空：
  首先,打开复合真空计观察系统真空度.如果长时间的(10 天以上)未开机,真空度高20Pa,这时应该按上面所说的真空室泵抽真空中的操作步骤进行系统抽气；如果真空度低于 20Pa 时，即可直接开启机械泵 R，然后依次开启电磁截止阀 DF、闸板阀 G 分子泵 T，进行系统抽真空，待真空度达到实验真空室要求的本底真空即可。

5、     工作流程：

1）、装入样品：
   溅射室暴露大气：关闭闸板阀 G，确认旁抽阀 V1 和角阀 V2、V3 处于关闭状态，然后打开放气阀 V4，向溅射室内充入干燥氮气。装入样品：溅射室内氮气压力与大气压力平衡后即可利用升降机提升溅射室上盖，靶基距调到合理值，然后将清洗好的样品放入衬底托内，将其放入样品转台内，然后再将溅射室上盖落下，关闭放气阀 V4，对溅射室泵抽真空（按前面所说的步骤进行操作）至实验要求的本底真空度。
2）磁控溅射镀膜：

待本底真空达到本次实验所预期要求后，稍关闭闸板阀 G（不要关死），用真空计监测真空度。

3)向溅射室充气：
    充气前将气瓶关死，打开 V5、V6，缓慢打开 V3。打开质量流量计电源，预热3 分钟，将质量流量计打到清洗挡，抽空气路后关闭各阀，将质量流量计打到关闭挡；缓慢打开进气截止阀 V2 ，此时抽取管路中的气体，达到预期真空后，关闭这些截止阀，进行充气工作。若所充气体需经混气后进入真空室，则打开 V3 及机架前面板上的进气阀 V5 或 V6（根据需要选择）；若需单路直接进气，则打开 V2。然后打开 MFC 质量流量计电源，通过流量计充入工作气体。通过适当调节闸板阀 G 关闭的大小来调节溅射工作压强。
注：打开质量流量计电源，在 MFC 质量流量计电源的阀开关处于“关闭”位，将设定流量调到零，再开气瓶给气，待零点稳定后，转“阀控”位，并将流量调至所需值，则实际流量跟踪设定值而改变。关闭质量流量计时，将阀开关置于“关闭”位，再将电源开关关闭即可。
!!!提示:往真空室内充工艺气体或干燥氮气时，气瓶减压阀压力表读数要在 0.25MPa。

射频溅射：起辉压强：在设定进气量恒定情况下，调节闸板阀 G 使溅射室真空度维持在0.4～10Pa，可保证磁控靶正常起辉。溅射工作压强：根据工艺需要，适当调节 MFC 进气量，使溅射室真空度维持在0.5Pa 以下，此时磁控靶应能稳定工作而不熄弧。射频电源和匹配器的使用详见射频电源使用说明书。

直流溅射：（详见直流溅射电源使用说明书）

4）计算机控制镀膜：通过程序控制，使样品按所设定模式进行工作，镀制单层膜或多层膜，镀多层膜的靶位可任意组合，在每个靶下停留时间任意设置。程序运行结束后将自动保存结束前的状态，并保存计算机文件中，下次运行时，这些状态将自动读入以恢复以前状态，所以在程序未运行期间，不建议使用手动操作转盘，以免再次运行时造成样品位置错误。

5）停止溅射镀膜:
① 首先关闭基片挡板，再关上各磁控靶挡板，通过计算机关闭步进电机电源，再关闭计算机电源。
② 关闭射频、直流电源，关闭 MFC 质量流量计电源。
③ 关闭溅射室进气截止阀 V2、V3、V5、V6，全开闸板阀 G，使溅射室用分子泵 T 直接抽气，进入高真空状态。使用 ZDF-5227 监测溅射室真空度，进入10-4Pa 或 10-5Pa。

6）取出样品:
镀膜完成后，将闸板阀 G 关闭，再将电离规关闭。然后打开接钢瓶的放气阀V4，向溅射室充入干燥氮气。电动提升真空室上盖，戴上洁净手套，从样品台上取出镀好的样品。之后，马上装入新的样品，重复上述各项工作。

6、停机：首先，关闭各路电源，先关各路仪表电源（分子泵，电磁阀，机械泵除外）.
关闭系统内所有阀门，尤其注意关闭闸板阀 G 和旁抽阀 V1,进气阀 V2、V3，使系统保持真空。然后关分子泵 T 电源，当频率数显为待机状态后关闭电磁阀 DF，关闭机械泵 R，最后关闭总电源及所有水路。
！！！提示：实验完成后，如果真空室内非常热，这时，要通过分子泵对系统进行较长的时间抽气，等到系统内部温度降到 100℃左右时才能关闭系统。

八、安全注意事项

1、安全用电操作注意事项:
设备操作人员必须高度重视电气安全问题，严格遵守用电安全规程，防止电气事故造成人身伤害！
1、使用动力电时，应先检查电源开关、电机和设备各部份是否良好。如有故障，
应先排除后，方可接通电源。

2、启动或关闭电器设备时，必须将开关扣严或拉妥，防止似接非接状况。
3、人员较长时间离开房间或电源中断时，要切断电源开关，尤其是要注意切断加
热电器设备的电源开关。
4、电源或电器设备的保险烧断时，应先查明烧断原因，排除故障后，再按原负荷
选用适宜的保险丝进行更换，不得随意加大或用其它金属线代用。
5、没有掌握电器安全操作的人员不得擅自更改电器设施，或随意拆修电器设备。

6、若要打开电源柜后盖，必须先断开设备总控电源。
!!!必须注意：检修设备务必事先断开所有电气设备的电源！！

2、操作注意事项：
                    1、磁控靶、分子泵工作时，一定要通水冷却。

2、在使用机械泵旁抽前保证分子泵口与电磁阀处于关闭状态，特别是分子泵不停真空室暴露大气后粗抽时，否则大气从分子泵排气口进入泵体，急剧加大负载，损坏泵。

3、打开机械泵抽大气时，旁抽阀要缓慢打开，且抽气时间不要过长，在 10 多帕时开分子泵，否则容易造成油污染。

4、系统由大气抽到低真空的过程中禁止开烘烤灯和照明灯。
5、溅射室烘烤时，真空室壁面及观察窗温度不得超过 100℃。
6、在室体内溅射完毕或加热炉工作完毕之后，样品可随炉冷却，真空室内温度≤60℃以下时再暴露大气。

7、溅射室暴露大气前一定要关紧闸板阀，以免损坏分子泵，同时要关紧气路截止阀，以免气路受污染。
8、当上盖处于打开状态时，要时刻注意保护真空室上端密封面。

9、在取出或更换样品、靶材时，要注意真空室的清洁；同时要保证屏蔽罩与靶材之间的距离小于 3mm。
10、严禁闸板阀一端是大气一端是真空的条件下打开闸板阀。

        11、突然停电时，所有电源 要复位，过 5-7 分钟后，才能重新启动分子泵。