第二十一章 真空镀膜（下）
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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0.00埃每秒，膜厚为0.00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1.0E5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0.1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1.0E5，迅速变为3.2E4，然后是8.9E3，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27000r.p.m.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，然后启动束源炉的升温控制装置。
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：
SP1 30
RATE 30
TIME 60
SP2 400
RATE 30
TIME 3
SP3 520
RATE 20
TIME 100
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袋；
另一种情况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好一些。
主要是两个人站一起，一直不互动也蛮尴尬的。
……
一小时后。
真空计示数达到5.2E-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-0.01至0.01埃每秒之间波动，膜厚显示仍为0.00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0.00至0.03埃每秒之间波动。
当温度达到520摄氏度后，蒸镀速率维持在0.20至0.30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0.2、0.3迅速提升至3.0，随后迅速回落至1.8，之后缓缓下降至1.7，1.6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27000r.p.m.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！”陈婉清赞叹道。
“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。
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。
看到学姐在瞪着他，他赶紧把笑容收敛住，面色严肃的向手套箱走去。
进入手套箱，许秋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，许秋明白了，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。
这么记仇啊。
他只好问道：“学姐，这个怎么弄？”
陈婉清指了指手套箱侧面，说道：
“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，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！”
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0.00埃每秒，膜厚为0.00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1.0E5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0.1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1.0E5，迅速变为3.2E4，然后是8.9E3，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27000r.p.m.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，然后启动束源炉的升温控制装置。
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：
SP1 30
RATE 30
TIME 60
SP2 400
RATE 30
TIME 3
SP3 520
RATE 20
TIME 100
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袋；
另一种情况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好一些。
主要是两个人站一起，一直不互动也蛮尴尬的。
……
一小时后。
真空计示数达到5.2E-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-0.01至0.01埃每秒之间波动，膜厚显示仍为0.00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0.00至0.03埃每秒之间波动。
当温度达到520摄氏度后，蒸镀速率维持在0.20至0.30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0.2、0.3迅速提升至3.0，随后迅速回落至1.8，之后缓缓下降至1.7，1.6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27000r.p.m.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！”陈婉清赞叹道。
“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。
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。
看到学姐在瞪着他，他赶紧把笑容收敛住，面色严肃的向手套箱走去。
进入手套箱，许秋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，许秋明白了，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。
这么记仇啊。
他只好问道：“学姐，这个怎么弄？”
陈婉清指了指手套箱侧面，说道：
“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，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！”