实验项目名称 | 磁控溅射镀膜和AFM在氢化纳米硅制作过程中的应用 | 实验成绩 | ||||||
姓 名 | 专业班级 | 学 号 | ||||||
课程名称 | 物理实验II | 任课教师 | ||||||
课序号 | 05 | 实验日期 | ||||||
第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等） [实验目的] (1) 了解氢化纳米硅薄膜制备的成膜过程。 (2) 了解氢化纳米硅薄膜的主要功能及用途。 (3) 熟悉磁控溅射制备氢化非晶硅薄膜的操作流程。 (4) 熟悉原子力显微镜测量薄膜化情况、晶粒大小及表面形貌的操作流程。 [实验原理] 氢化纳米硅薄膜由于大量纳米级硅晶粒的存在及这些硅晶粒在薄膜中的无序分布，导致薄膜材料具有更多优异的性能，晶粒的存在使得载流子的迁移率增大，不同结构特征的晶界使得薄膜材料的性能也随之发生改变，光学能隙宽度变大，光致发光等特殊性能也随着量子尺寸效应的出现而发生。在此虚拟仿真实验中，我们采用射频磁控溅射技术制备四种不同氢气分压和沉积时间的条件下氢化纳米硅薄膜，再用原子力显微镜（AFM）测量薄膜的晶化情况、晶粒大小及表面形貌。其中，射频磁控溅射仪器是3D的虚拟仿真场景，镀膜溅射过程的真空溅射室以及辉光放电过程是100%仿真模拟真实仪器设备，镀膜溅射的主要参数：真空度，氢气分压，沉积时间都可调整。原子力显微镜（AFM）仪器的微悬臂结构，位置检测部分，反馈系统也是100%仿真模拟真实仪器设备，实验过程中激光光路的调节，进针和扫描也高度仿真还原了真实实验过程。 （1） 氢化纳米硅薄膜材料的结构与功能特征 氢化纳米硅薄膜作为一种新型功能材料，应用于液晶空间光调制器的光敏层具有良好的空间分辨率、光谱响应特性和光灵敏度等性质，响应时间非常的快，能够实现与液晶响应之间的匹配。氢化纳米硅薄膜由于大量纳米级别硅晶粒的存在及这些硅晶粒在薄膜中的无序分布，导致薄膜材料具有更多优异的性能，晶粒的存在使得载流子的迁移率增大，不同结构特征的晶界使得薄膜材料的性能也随之发生改变，光学能隙宽度变大，光致发光等特殊性能也随着量子尺寸效应的出现而发生。 氢化纳米硅薄膜随沉积条件的变化，薄膜中的团簇大小从几十个纳米到十几纳米不等。且适当的增大氢气分压和延长沉积时间，沉积薄膜的团簇平均尺寸会减小，排布会更有序。相比沉积时间，氢气分压对薄膜纳米化的控制更为灵敏和有效。 在此虚拟仿真实验中，我们可以利用AFM测量到四种不同氢气分压和沉积时间的条件下，氢化纳米硅薄膜的晶化情况、晶粒大小及表面形貌，如图1、图2、图3、图4所示。 图1 氢气分压为60%， 沉积时间15分钟 图2 氢气分压为60%，沉积时间60分钟 图3 氢气分压为75%， 沉积时间60分钟 图4 氢气分压为75%， 沉积时间180分钟 （2） 射频磁控溅射工作原理 磁控溅射可以分为直流磁控溅射法和射频磁控溅射法。直流溅射装置不能用来溅射沉积绝缘介质薄膜。为了溅射沉积绝缘材料，人们将直流电源换成交流电源。由于交流电源的正负性发生周期交替，当溅射靶处于正半周时，电子流向靶面，中和其表面积累的正电荷，并且积累电子，使其表面呈现负偏压，导致在射频电压的负半周期时吸引正离子轰击靶材，从而实现溅射。 辉光放电是在真空中，两个电极之间加上电压时产生的一种气体放电现象，是溅射镀膜的基础。溅射镀膜基于荷能离子轰击靶材时的溅射效应，而整个溅射过程都是建立在辉光放电的基础之上的，即溅射离子都来源于气体放电。磁控溅射是利用环状磁场控制下的辉光放电，使用的交流电源主要有双极性脉冲（矩形波或正弦波）中频靶电源与射频靶电源。 高真空多功能磁控溅射镀膜系统，如图5所示，主要由溅射真空室组件、永磁磁控溅射靶、直流电源、射频电源、单基片加热台组件、工作气路、抽气系统、安装机台、真空测量及计算机控制系统等部分组成。 图5 高真空多功能磁控溅射镀膜系统 在仿真实验中，磁控溅射设备的所有设备可如图6进行真实3D模拟，镀膜溅射过程的真空溅射室以及辉光放电过程可如图7和图8真实模拟。 图6 3D仿真模拟磁控溅射设备 图7 3D仿真模拟真空溅射室 图8 3D仿真模拟辉光放电过程 （3） 原子力显微镜工作原理 原子力显微镜是通过探针与样品之间微弱的相互作用力来获得表面信息。当两个原子彼此靠近时，电子云发生重叠，原子之间产生了排斥力，通过采集微悬臂的位移，即可得到物体表面的形貌。原子力显微镜的工作原理如图9所示。将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。 图9 原子力显微镜的基本结构 在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统，如图10所示。 图数据存储安全检测10原子力显微镜的系统 孔板波纹规整填料在仿真实验中，原子力显微镜的整套设备可如图11，图12和图13进行真实模拟。 图11 原子力显微镜（AFM）虚拟仿真仪器 图12 原子力显微镜（AFM）探头 图13 原子力显微镜（AFM）反馈系统 [实验仪器] 磁控溅射仪器，原子力显微镜（AFM）。 磁控溅射仪器包括气瓶室，磁控溅射室，其中磁控溅射室包含磁控溅射的电源，溅射腔，计算机等，磁控溅射过程可完全模拟镀膜溅射过程中所有的实验参数设置。 原子力显微镜系统包含SPM探头，控制系统以及显示系统。 图14 磁控溅射设备 图15 气瓶室 图16 原子力显微镜（AFM）设备 磁控溅射实验装置包括：高真空多功能磁控溅射镀膜系统、水冷系统、N2气、Ar气，其中高真空多功能磁控溅射镀膜系统主要由溅射真空室组件、溅射靶（三个靶）、直流电源、射频电源、单基片加热台组件、工作气路、抽气系统、安装机台、真空测量及计算机控制系统等部分组成。 1. 磁控溅射室： 实际照片和仿真照片显示： 图1-1磁控溅射室实际仪器 图1-2磁控溅射室仿真仪器 2. 水冷系统: 实际照片和仿真照片显示： 图2-1水冷系统实际仪器锰矿选矿方法 图2-2水冷系统仿真仪器 图2-3水冷系统大视图 操作提示：在实验场景中，鼠标左键双击水冷系统屏幕，打开大视图，点击电源开关按钮，可打开或关闭水冷系统。 3. 氮气: 实际照片和仿真照片显示： 图3-1氮气实际仪器 图3-2氮气仿真仪器 图3-3氮气瓶开关大视图 操作提示：在实验场景中，鼠标左键按住总阀不放，可打开总阀，右键按住总阀不放，可关闭总阀；鼠标左键按住减压阀不放，可打开减压阀，右键按住减压阀不放，可关闭减压阀 4. 氩气: 实际照片和仿真照片显示： 图4-1氩气实际仪器 图4-2氩气仿真仪器 图4-3氩气瓶开关大视图 操作提示： 在实验场景中，鼠标左键按住总阀不放，可打开总阀，右键按住总阀不放，可关闭总阀；鼠标左键按住减压阀不放，可打开减压阀，右键按住减压阀不放，可关闭减压阀 5. 机械泵: 实际照片和仿真照片显示： 图5-1机械泵实际仪器 图5-2机械泵仿真仪器 操作提示：在实验场景中通过软件系统控制 6. 空气压缩机: 实际照片和仿真照片显示： 图6-1空气压缩机实际仪器 图6-2空气压缩机仿真仪器 操作提示：在实验场景中通过软件系统控制 7. 显示器: 实际照片和仿真照片显示： 图7-1显示器实际仪器 图7-2显示器仿真仪器 操作提示：在实验场景中，鼠标双击显示器，打开软件系统； 软件系统_真空系统面板：（图中红线框起来的部分都是可操作的，具体操作方式见下文实验指导） 图7-3真空系统面板 软件系统_系统供气面板：（图中红线框起来的部分都是可操作的，具体操作方式见下文实验指导） 加密存储图7-4系统供气面板 软件系统_工艺电源面板：（图中红线框起来的部分都是可操作的，具体操作方式见下文实验指导） 图7-5工艺电源面板 AFM设备 1.SPM仪器： 实际照片和程序中的显示： 真实仪器 仿真仪器 仪器双击打开的大视图 操作提示： 1) 放置白纸片：鼠标点击“在检测器下方，放置一张白小纸条”选项，选项呈现出选中状态，仪器的检测器下方出现白小纸片视图。 2) 检测器水平位置调节旋钮：鼠标左击，旋钮顺时针旋转，探测器水平向左移动。鼠标右击，旋钮逆时针旋转，探测器水平向右移动。鼠标点击按下不放，可进行旋钮的连续调节操作。鼠标单击，可进行旋钮的单步调节操作。 3) 检测器垂直位置调节旋钮：鼠标左击，旋钮顺时针旋转，探测器垂直向前移动。鼠标右击，旋钮逆时针旋转，探测器垂直向后移动。鼠标点击按下不放，可进行旋钮的连续调节操作。鼠标单击，可进行旋钮的单步调节操作。 4) 激光器水平位置调节旋钮：鼠标左击，旋钮顺时针旋转，激光器水平向左移动。鼠标右击，旋钮逆时针旋转，激光器水平向右移动。鼠标点击按下不放，可进行旋钮的连续调节操作。鼠标单击，可进行旋钮的单步调节操作。 5) 激光器垂直位置调节旋钮：鼠标左击，旋钮顺时针旋转，激光器垂直向前移动。鼠标右击，旋钮逆时针旋转，激光器垂直向后移动。鼠标点击按下不放，可进行旋钮的连续调节操作。鼠标单击，可进行旋钮的单步调节操作。 6) 探针水平位置调节旋钮：鼠标左击，旋钮顺时针旋转，探针水平向左移动。鼠标右击，旋钮逆时针旋转，探针水平向右移动。鼠标点击按下不放，可进行旋钮的连续调节操作。鼠标单击，可进行旋钮的单步调节操作。 7) 探针垂直位置调节旋钮：鼠标左击，旋钮顺时针旋转，探针垂直向前移动。鼠标右击，旋钮逆时针旋转，探针垂直向后移动。鼠标点击按下不放，可进行旋钮的连续调节操作。鼠标单击，可进行旋钮的单步调节操作。 8) 纸片视图窗口：用来观察激光器光线反射到纸片上的光斑及光斑变化的视图。 9) 探针下方视图窗口：用来观察激光器光线照射到探针或探针下方的光斑及光斑变化的视图。 10) 探针局部放大视图：调节激光器位置或探针位置时，可观察到光斑与探针的相对位置，便于调节光路，将激光束聚焦照射在悬臂背面前端，即针尖的背面。 2.控制机箱： 实际照片和程序中的显示： 真实仪器 仿真仪器 操作提示： 控制机箱是SPM系统的主要电子控制系统。该仪器在主场景中不允许拖动或删除。该仪器在主场景中无可双击打开的大视图。 3.计算机控制系统： 实际照片和程序中的显示： 真实仪器 仿真仪器 仪器双击打开的大视图 操作提示： 1) 系统菜单栏：点击菜单栏中的系统，可显示“扫描器设置”下拉框，选中“扫描器设置”菜单项，可打开扫描器设置对话框，在已经定义过的扫描器中，选取当前实验使用的扫描器。 2) 帮助菜单项：点击菜单栏里的帮助，可显示“怎样调节光路”下拉框，选中“怎样调节光路”菜单项，可打开如何调节光路的动画。 3) 进针按钮：鼠标点击“进针”按钮，可弹出进针对话框。在进针对话框中有三个可操作页面：自动进针、单步控制、退针。 “自动进针”页面有三个按钮，选择“正常进针”按钮实现样品和探针的自动逼近，这时三个螺杆同时运动；选择“精细进针”按钮也可实现样品和探针的自动逼近，这时螺杆 1 和 3 均保持静止，只有螺杆 2 进行运动；选择“停止进针”按钮停止自动逼近过程。选择“超精细进针”，则表示在电机每一步的运动前，扫描器均先缩至最短，以此保护探针。 “单步控制”页面中，选择“单步前进”按钮将探针向样品逼近一步，选择“单步后退”按钮将探针离开样品一步。 “退针”页面中，选择“开始退针”按钮使探针远离样品，选择“停止退针”按钮停止离开 4) 内衣生产扫描按钮：鼠标点击“扫描”按钮，系统开始执行图像扫描，当扫描过程启动后，按钮变为“停止”按钮。按下“停止”按钮，系统将停止图像扫描过程。扫描过程一旦停止，按钮将恢复为“扫描”按钮。 5) 循环扫描：选择循环扫描，系统将循环执行图像扫描过程。否则，则在该次扫描过程结束后停止扫描过程。 6) 激光器电源开关按钮：鼠标点击“激光”按钮，可打开或关闭激光器。 7) 扫描范围参数文本框：当前扫描区域（正方形）的大小，单位为nm。可手动输入扫描范围值，也可点击向下箭头按钮，显示slider控件，调节slider控件的值，来改变当前扫描区域的大小。 8) 扫描角度参数文本框：扫描方向与水平线 （ X 坐标轴） 的顺时针方向的夹角为“扫描角度”。扫描角度的取值范围是 0°-359°。可手动输入扫描角度值，也可点击向下箭头按钮，显示slider控件，调节slider控件的值，来改变当前扫描角度。 9) X偏移参数文本框：当前扫描区域中心点的横坐标，单位为 nm。可手动输入X偏移值，也可点击向下箭头按钮，显示slider控件，调节slider控件的值，来改变X偏移值。还可以点击X偏移输入框中的向上向下小按钮，来单步改变X偏移值。 10) Y偏移参数文本框：当前扫描区域中心点的纵坐标，单位为 nm。可手动输入Y偏移值，也可点击向下箭头按钮，显示slider控件，调节slider控件的值，来改变Y偏移值。还可以点击Y偏移输入框中的向上向下小按钮，来单步改变Y偏移值。 11) 扫描频率参数文本框：控制扫描速度的快慢，其单位为 Hz，代表行扫描频率。该参数的值越大，系统对样品扫描采集的速度越快。可手动输入扫描频率值，也可点击向下箭头按钮，显示slider控件，调节slider控件的值，来改变扫描频率值。还可以点击扫描频率输入框中的向上向下小按钮，来单步改变扫描频率值。 12) 参考点参数文本框：该参数用于设置反馈回路的参考点。可手动输入参考点值，也可点击向下箭头按钮，显示slider控件，调节slider控件的值，来改变参考点值。还可以点击参考点输入框中的向上向下小按钮，来单步改变参考点值。 13) 积分增益参数文本框：反馈回路的积分增益。可手动输入积分增益值，也可点击向下箭头按钮，显示slider控件，调节slider控件的值，来改变积分增益值。还可以点击积分增益输入框中的向上向下小按钮，来单步改变积分增益值。 14) 比例增益参数文本框：反馈回路的比例增益。可手动输入比例增益值，也可点击向下箭头按钮，显示slider控件，调节slider控件的值，来改变比例增益值。还可以点击比例增益输入框中的向上向下小按钮，来单步改变比例增益值。 15) 反馈信号：显示当前用于反馈的信号值。 16) 人参切片机Z电压：显示加在样品扫描器垂直方向的电压。 17) Sum：反映光斑窗口接收的总光强。 18) Up-Down：反映光斑窗口上下的光强差。 19) Left-Right：反映光斑窗口左右的光强差。 20) 激光光斑窗口：激光光斑窗口中红圆斑的位置实时显示 Laser-AFM 检测器的激光束经过微悬臂背面，反射到四象限检测器上的光斑的实际位置。 21) 扫描范围窗口：扫描范围窗口指示当前扫描范围在整个扫描器最大扫描中的位置。窗口中的黄白方框代表当前扫描器的最大扫描范围，而浅蓝方框为“当前范围框”，代表当前扫描范围（该范围由[扫描范围]、 [扫描角度]、 [X 偏移]、 [Y 偏移]等参数决定）。用户可以修改参数窗口中的[扫描范围]、 [扫描角度]、 [X偏移]、 [Y偏移]等参数改变扫描范围。系统会判断用户的修改是否合理，如果不合理，系统会将相关参数调节到一个最接近的合理数值。 22) 参数设置—信号放大参数文本框：图像信号放大倍数。增大此参数，可提高信号的放大倍数，从而达到提高成像对比度的效果，反之，可以降低成像的对比度。 23) 示波器窗口：示波器窗口在扫描过程中，显示扫描方向上采集得到的当前行的信号波形。窗口的标题注明波形所对应的输入信号源。 24) 图像扫描窗口：扫描图像窗口显示某个图像通道上所采集到的图像信息。不同的扫描图像窗口显示不同信号所扫描图像结果。 [实验内容与步骤] 本实验采用磁控溅射的方法制备氢化纳米硅薄膜作为液晶空间光调制器的光敏层。制备完成后，利用原子力显微镜测量薄膜的晶粒大小及表面形貌。 样品制备： 1) 样品制备准备工作：鼠标双击水冷系统屏幕点击“水冷系统开关”按钮，打开水冷系统；双击电源总面板，打开电源； 2) 开腔装样品：进入气体室打开氮气瓶打开氮气瓶“总阀”， 和“减压阀”;返回磁控溅射室，打开软件系统，鼠标点击打开V10，充入氮气，使腔体气压恢复大气压，真空计同步显示气压值，充气过程需要5秒；腔内气压为大气压后(1.0E+5Pa)，关闭V10，打开溅射腔，；点击真空系统上靶挡板“开”，打开样品挡板、C靶挡板；点击 “放置靶材”、“放置基片”按钮，放置靶材和衬底；点击真空系统上靶挡板“关”，关闭样品挡板、C靶挡板； 3) 关闭腔体，粗抽真空：单击门的开关，关闭溅射室大门；点击M1按钮，打开机械泵；点击V3，打开V3，腔内气压开始降低； 4) 启动分子泵：腔内压强为10Pa后，关V3，V2由暗绿变为浅绿； 开V2，分子泵T1由暗绿变为浅绿；打开T1, 分子泵G2由暗绿变为浅绿；打开G2，溅射室真空降低；打开G2后，等待，真空低于0.1Pa后，系统自动切换到电离规显示真空值；真空值低于1.0E-4Pa后，可进行起辉溅射； 5) 起辉溅射：进入气体室打开氩气气瓶 “总阀”，和“减压阀”，然后打开氢气气瓶的“总阀”和“减压阀”，返回磁控溅射室，鼠标点击“功能”键，将电离规切换到保护状态；界面电离规示数变为“0.0E00Pa”，面板电离规变为“P”；关V6；切换到“供气系统”面板，将Ar气体流量计设定为16sccm， H2气体流量计设定为24sccm（H2气体分压60%）；打开V11，切换到“供气系统”面板，按顺序打开V19和V32，同时按顺序打开V20和V33，将氩气（40%）、氢气（60%）通入溅射室内，此时腔体内部由1.0E-4Pa逐渐变为10Pa，腔压并稳定在10Pa；双击打开电源控制面板大视图，切换到“射频电源”界面，鼠标点击射频电源开关，打开射频电源；双击电脑屏幕，打开软件系统，切换到“工艺电源”面板，在工艺电源界面射频电源界面下，设定功率：150W点击“启动”，启动射频电源；切换到“真空系统”面板，将衬底温度设定为100oC； 打开C靶位挡板打开样品挡板；在“真空系统”面板中，输入自转的速度后，点击“自转”，使衬底在溅射腔内自转； 6) 溅射结束：镀膜时间为15分钟，完成镀膜后，关闭C靶挡板；关闭样品挡板；关闭样品自转；将衬底温度设定为室温；切换到“工艺电源”面板，关闭射频电源；切换到“系统供气”面板，关闭V32；在气体室内右键点击氩气瓶开关不放，关闭氩气瓶的总阀。关闭V33；在气体室内右键点击氢气瓶开关不放，关闭氢气瓶的总阀；双击电脑屏幕，打开软件系统，开V6（用分子泵将腔内剩余气体抽走）；切换到“系统供气”面板，关V19、V20；切换到“真空系统”面板，关闭V11； 7) 取出样品：关G2；关分子泵，等分子泵停止转动后，关V2；打开V10，充N2取样，溅射室为大气压时，关V10；打开样品挡板后，鼠标单击溅射室门的把手后，点击门的开关，打开溅射室，取出衬底；关闭样品挡板后，重新关闭溅射室，关闭门的把手；双击电脑屏幕，打开软件系统，开V3，用机械泵维持腔内真空环境；经过上面对操作，样品a（参数为：沉积条件为rH=60%，沉积时间为15分钟）就制备好了； 8) 制备b、c、d样品；重复制作样品a的操作，改变沉积条件和沉积时间，制备样品b、c、d；参数设置如下：（b）切换到“供气系统”面板，将Ar气体流量计设定为16sccm， H2气体流量计设定为24sccm（H2气体分压60%）。镀膜时间60分钟；（c）切换到“供气系统”面板，将Ar气体流量计设定为10 sccm， H2气体流量计设定为30 sccm（H2气体分压75%）。镀膜时间60分钟；d）切换到“供气系统”面板，将Ar气体流量计设定为10 sccm， H2气体流量计设定为30 sccm（H2气体分压75%）。镀膜时间180分钟； 样品检测表征： 9) 在主场景中向左移动场景，点击打开左边墙面上的检测门，进入检测室 10) 调节光路： ① 标双击实验主场景中的SPM探头，打开SPM探头的大视图。鼠标双击实验主场景中的电脑显示屏，打开SPM Console 在线控制软件。在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，鼠标单击系统设置窗口中“激光”按钮，打开SPM探头里的激光器。同时，在SPM探头的大视图中，可观察到激光器发出的激光。 ② 在打开的SPM探头的大视图中，鼠标单击选中“在检测器下方，放置一张白小纸条”的勾选框，将纸片放在SPM探头里检测器的下方。 ③ 在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，鼠标单击菜单栏中的“帮助”菜单，选中“怎样调节光路”选项，可打开观看调节光路的演示动画。 ④ 在SPM探头的大视图中，鼠标左击或右击激光器水平位置调节旋钮、激光器垂直位置调节旋钮、探针水平位置调节旋钮、探针垂直位置调节旋钮，观察探针大视图中光斑的位置及纸片视图、探针下方试图光斑的变化，直至将激光照射在探针上合适的位置，完成光路的调节。 ⑤ 在打开的SPM探头的大视图中，鼠标左击或右击检测器水平旋钮、检测器垂直旋钮。在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，观察光斑落在检测器中的位置。调节检测器水平旋钮、垂直旋钮，直至光斑落在检测器的中心。 11) 更新扫描器： 在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，鼠标单击菜单栏中的“系统”菜单，在“系统”菜单的下拉框中，选中“扫描器设置”，弹出“扫描器设置”窗体。在扫描器设置窗口中，勾选第二个、本实验中需使用的S1013扫描器。选中扫描器后，点击更新按钮，完成扫描器设置操作。 12) 放置样品a：鼠标双击实验主场景中的SPM探头，打开SPM探头的大视图。点击“放置样品”按钮， 弹出选择放置样品的选择界面，选择样品a； 13) 设置系统参数：在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，到系统设置窗口中的扫描范围、扫描角度、X偏移、Y偏移等参数文本框，改变文本框中的数值，并观察当前扫描区域概览中当前扫描区域的变化，设定好实验中想扫描的样品区域。在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，到系统设置窗口中的参考点参数文本框，在文本框中输入合理的数据，设定合理的实验中扫描样品所需的参考点值。 14) 进针：在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，到系统设置窗口中“进针”按钮，鼠标单击“进针”按钮，弹出“进针”窗口。在进针窗口中的“自动进针”页面，单击“正常进针”按钮，开始自动进针操作，若完成自动进针后，Z电压过大，超于20V，可继续点击“自动进针”页面的精细进针或“单步控制”页面的单步进针，进行进一步进针，直至Z电压变化至0V左右，20V以内位置。 15) 扫描样品：①在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，到系统设置窗口中“扫描”按钮，若直接鼠标单击“扫描”按钮，将进行一次样品扫描，一次扫描结束后，扫描自动停止。若选中扫描按钮下方的“循环扫描”后，再单击“扫描”按钮，将不停地重复扫描，直到点击“停止”，扫描终止。②扫描样品过程中，观察“形貌通道”的“示波器”窗口中的扫描曲线，调节参数设置中的“信号放大”参数的数值，改变数据曲线的振幅，使示波器上的信号处于中间并不超过可测量的范围且可观察到合适对比度的扫描图像。③扫描样品过程中，鼠标点击“探针起伏”选项卡，观察“探针起伏通道”的“示波器”窗口中的扫描曲线，调节参数设置中的“信号放大”参数的数值，改变数据曲线的振幅，使示波器上的信号处于中间并不超过可测量的范围且可观察到合适对比度的扫描图像。④在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，到系统设置窗口中的积分增益参数文本框、比例增益参数文本框，在文本框中输入合理的数据，设定扫描样品时的积分增益及比例增益值，使示波器上的信号最灵敏而且不出现自激噪音。⑤在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，到系统设置窗口中的扫描频率参数文本框，在文本框中输入合适的数据，设定合适的实验中扫描样品所需的扫描频率。 16) 退针：完成扫描后，再次点击“进针”按钮打开“进针”窗口，点击“退针”页面的“开始退针”按钮，直至完成自动退针。 17) 保存AFM图像和数据：在打开的SPM Console 在线控制软件大视图中，鼠标单击菜单栏中的“功能”菜单，在“功能”菜单的下拉框中，选中“保存项目”，弹出保存界面窗体。 检测样品b、c、d：重复检测样品a的操作过程，在放置样品时，选择对应的样品进行检测。 第二部分：实验过程记录 [实验过程] [现象及问题] 图像与理论得到的结果一致 第三部分 结果与讨论 [实验数据] [数据处理] 图像与理论得到的结果一致 [小结及体会] 通过本次实验，我学会了磁控溅射室的使用方法，了解了氢化纳米硅薄膜制备的成膜过程以及氢化纳米硅薄膜的主要功能及用途，熟悉了磁控溅射制备氢化非晶硅薄膜的操作流程以及利用原子力显微镜测量薄膜化情况、晶粒大小及表面形貌的操作流程。 | ||||||||
本文发布于:2024-09-22 06:38:57，感谢您对本站的认可！
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