第二十章 真空鍍膜(上)
更新時間:2021-03-29 作者:肥美的韭菜
我有科研輔助系統 第二十章 真空鍍膜(上)
旋涂完成后，許秋找到陳婉清，請教接下來的實驗操作。 學姐拿出實驗記錄本，一邊寫寫畫畫，一邊講解教學： “我們最終要得到的是多層結構的太陽能電池器件，比如現在做的這個體系，正結構就是Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM：PC[70]BM/Ca/Al。 共有六層結構，層與層之間用“/”分隔，“：”則表示該層是由兩種或以上物質共混。 那么，你這幾天下來做的工作就是： 首先，清洗具有ITO圖案的玻璃基片，得到Glass/ITO部分； 然后，旋涂PEDOT:PSS溶液和有效層，得到PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM：PC[70]BM部分； 最后一步，也就是接下來要做的，是采用真空鍍膜方法，將鈣和鋁蒸鍍至基片上，得到Ca/Al部分。 真空鍍膜法，原理是在真空條件下，加熱靶材，使之氣化，靶材形成的氣態分子會在艙體內運動，最終均勻沉積在樣品表面，形成薄膜。 我們采用的加熱方法有兩種，一種是束源爐加熱，另一種是鎢絲加熱。 蒸鍍的操作比較繁瑣，有很多細節需要注意，所以我來親自指導你。” “好的，學姐。”許秋道。 ………… 兩人做好防護，進入實驗室。 許秋先將旋涂好的基片，從手套箱中拿出，然后迅速轉移至裝有蒸鍍裝置的手套箱中。 這個手套箱外接有三只橡膠手套，同時只能進入一個人。 于是，許秋進入箱內，學姐則在外面。 箱體內主要有兩臺大型設備，左邊的是蒸鍍裝置。 蒸鍍艙的艙體是由厚重的鋼板所制，艙門用軌道連接在艙體上。 許秋將艙門朝右邊推開，推著還蠻沉的。 他好奇道：“學姐，這套設備也不便宜吧。” “整套設備差不多20萬吧，包括蒸鍍艙、分子泵、循環水系統、總控制臺，是找沈羊一家專門做真空設備的公司訂做的。 他們公司離這邊比較遠，所以弄壞的話修起來也麻煩，上次循環水出了故障，他們過來修，路費就要了五千。”陳婉清。 “學姐怎么知道的這么清楚？”許秋疑惑道。 “因為學校要統計實驗室的固定資產，價格超過1000元的都要統計上報。實驗室雖然是魏老師管，但所有權是歸國家的，因為申請的科研經費是國家出的。除非是老板自掏腰包或者企業出錢，那就另說。”陳婉清道。 許秋點點頭，開始打量艙體內部。 下面有四個圓柱體形狀的爐子，應該是束源爐。 四個束源爐旁邊有兩個金屬平臺，每個平臺上面都有一塊金屬板，大概六厘米長，三厘米寬，一厘米厚，金屬板通過六角螺絲與平臺連接，中間有一定的縫隙。 “學姐，這個是干什么用的？”許秋指著平臺問道。 “這個是電流加熱裝置，將用鎢絲制成的簍，放在兩個平臺間，用金屬板壓住鎢簍兩端，通電流對鎢簍加熱，可達到很高的溫度，使其內部靶材氣化，進行蒸鍍。”陳婉清道。 許秋繼續看向艙體，中間部分有一探頭狀的物體，像個吊燈一樣懸掛在束源爐和平臺的上方。 學姐順著許秋的目光看去，主動介紹道： “這個是晶振裝置，探頭處裝有晶振片，用來實時檢測蒸鍍的薄膜厚度。它的位置一定不能亂動，因為現在的參數是已經標定過的，如果移動了它的位置，對膜厚的檢測結果就不標準了。此外晶振片也是有壽命的，所以需要定期更換晶振片，并重新標定厚度。” 艙體最上面是一塊大的圓形金屬擋板，以及一個可以旋轉的樣品臺。 “上面這個肯定是樣品臺了，為什么下面要加裝一塊金屬擋板呢？”許秋問道。 “這塊金屬擋板叫做樣品擋板，當他處于開啟狀態時，可以有效阻擋氣體分子沉積在樣品表面。因此，我們可以利用它，控制蒸鍍的開始和結束時間，得到精確的厚度。”陳婉清道。 將艙內情況了解完畢后，許秋開始做蒸鍍前的準備工作。 兩批基片的器件結構不同，需要分兩次進行蒸鍍。 第一批是正常結構，也就是蒸鍍鈣和鋁。 許秋首先在鎢簍中裝滿99.995%純度的鋁錠，然后讓學姐幫忙打開鈣束源爐的擋板。 擋板的開關是數控的，需要在手套箱外的總控臺操作。 打開擋板后，他取出束源爐內部的陶瓷坩堝，將上次使用后剩余的殘渣倒出，再加入兩勺新的99.995%純度的鈣粉末。 陶瓷坩堝是特質的，可以至少承受1000攝氏度以上的高溫，且十分穩定，不會與靶材反應，產生雜質。 完成后，他讓學姐關閉束源爐擋板。 最后，他將一片片基片正面朝下放置在樣品支架上，再將樣品支架放回樣品臺。 “學姐，沒有問題吧，可以關艙門了嗎。”許秋看向陳婉清。 “嗯嗯。”陳婉清點點頭。 許秋將艙門從右往左推回原位，然后旋轉艙門上下的兩個旋鈕，直至無法轉動為止。 …… 許秋離開手套箱，和學姐一同來到總控臺，因為剩下的操作主要在總控臺完成。 總控臺接近兩米高，由十幾個模塊拼接而成，一共有30多個控制按鈕。 “旁邊有操作說明，嚴格按照說明來做就行。”陳婉清道。 許秋拿起真空鍍膜儀使用說明翻看，只有兩頁A4紙，并沒有想象中的多。 他表面上在看說明書，實則在心中查看系統。 系統已經將學姐的技能復制了，可以看到每步操作的細節，所以文字版的說明書意義已然不大。 “我看完了。”許秋道。 “這么快？”陳婉清道：“行，那你來操作吧，有什么問題我會提醒你的。” 第一步是打開循環水系統和空氣泵。 前者用來冷卻分子泵，而后者用來推動樣品擋板。 許秋找到位于總控臺后面的循環水裝置，按下綠色的啟動鍵，便聽到儀器發出嗡鳴聲，仔細聽的話還有水流聲。 然后，他走到空氣泵旁邊。 空氣泵上有一個橙紅色的瓶蓋大小的開關，需要拉起來，才能啟動機器。 許秋試著向上拉，開關卻紋絲不動，他也不敢太用力，便說道： “學姐，怎么弄。” “用力弄啊。” “砰！”我有科研輔助系統 第二十章 真空鍍膜(上)
旋涂完成后，許秋找到陳婉清，請教接下來的實驗操作。 學姐拿出實驗記錄本，一邊寫寫畫畫，一邊講解教學： “我們最終要得到的是多層結構的太陽能電池器件，比如現在做的這個體系，正結構就是Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM：PC[70]BM/Ca/Al。 共有六層結構，層與層之間用“/”分隔，“：”則表示該層是由兩種或以上物質共混。 那么，你這幾天下來做的工作就是： 首先，清洗具有ITO圖案的玻璃基片，得到Glass/ITO部分； 然后，旋涂PEDOT:PSS溶液和有效層，得到PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM：PC[70]BM部分； 最后一步，也就是接下來要做的，是采用真空鍍膜方法，將鈣和鋁蒸鍍至基片上，得到Ca/Al部分。 真空鍍膜法，原理是在真空條件下，加熱靶材，使之氣化，靶材形成的氣態分子會在艙體內運動，最終均勻沉積在樣品表面，形成薄膜。 我們采用的加熱方法有兩種，一種是束源爐加熱，另一種是鎢絲加熱。 蒸鍍的操作比較繁瑣，有很多細節需要注意，所以我來親自指導你。” “好的，學姐。”許秋道。 ………… 兩人做好防護，進入實驗室。 許秋先將旋涂好的基片，從手套箱中拿出，然后迅速轉移至裝有蒸鍍裝置的手套箱中。 這個手套箱外接有三只橡膠手套，同時只能進入一個人。 于是，許秋進入箱內，學姐則在外面。 箱體內主要有兩臺大型設備，左邊的是蒸鍍裝置。 蒸鍍艙的艙體是由厚重的鋼板所制，艙門用軌道連接在艙體上。 許秋將艙門朝右邊推開，推著還蠻沉的。 他好奇道：“學姐，這套設備也不便宜吧。” “整套設備差不多20萬吧，包括蒸鍍艙、分子泵、循環水系統、總控制臺，是找沈羊一家專門做真空設備的公司訂做的。 他們公司離這邊比較遠，所以弄壞的話修起來也麻煩，上次循環水出了故障，他們過來修，路費就要了五千。”陳婉清。 “學姐怎么知道的這么清楚？”許秋疑惑道。 “因為學校要統計實驗室的固定資產，價格超過1000元的都要統計上報。實驗室雖然是魏老師管，但所有權是歸國家的，因為申請的科研經費是國家出的。除非是老板自掏腰包或者企業出錢，那就另說。”陳婉清道。 許秋點點頭，開始打量艙體內部。 下面有四個圓柱體形狀的爐子，應該是束源爐。 四個束源爐旁邊有兩個金屬平臺，每個平臺上面都有一塊金屬板，大概六厘米長，三厘米寬，一厘米厚，金屬板通過六角螺絲與平臺連接，中間有一定的縫隙。 “學姐，這個是干什么用的？”許秋指著平臺問道。 “這個是電流加熱裝置，將用鎢絲制成的簍，放在兩個平臺間，用金屬板壓住鎢簍兩端，通電流對鎢簍加熱，可達到很高的溫度，使其內部靶材氣化，進行蒸鍍。”陳婉清道。 許秋繼續看向艙體，中間部分有一探頭狀的物體，像個吊燈一樣懸掛在束源爐和平臺的上方。 學姐順著許秋的目光看去，主動介紹道： “這個是晶振裝置，探頭處裝有晶振片，用來實時檢測蒸鍍的薄膜厚度。它的位置一定不能亂動，因為現在的參數是已經標定過的，如果移動了它的位置，對膜厚的檢測結果就不標準了。此外晶振片也是有壽命的，所以需要定期更換晶振片，并重新標定厚度。” 艙體最上面是一塊大的圓形金屬擋板，以及一個可以旋轉的樣品臺。 “上面這個肯定是樣品臺了，為什么下面要加裝一塊金屬擋板呢？”許秋問道。 “這塊金屬擋板叫做樣品擋板，當他處于開啟狀態時，可以有效阻擋氣體分子沉積在樣品表面。因此，我們可以利用它，控制蒸鍍的開始和結束時間，得到精確的厚度。”陳婉清道。 將艙內情況了解完畢后，許秋開始做蒸鍍前的準備工作。 兩批基片的器件結構不同，需要分兩次進行蒸鍍。 第一批是正常結構，也就是蒸鍍鈣和鋁。 許秋首先在鎢簍中裝滿99.995%純度的鋁錠，然后讓學姐幫忙打開鈣束源爐的擋板。 擋板的開關是數控的，需要在手套箱外的總控臺操作。 打開擋板后，他取出束源爐內部的陶瓷坩堝，將上次使用后剩余的殘渣倒出，再加入兩勺新的99.995%純度的鈣粉末。 陶瓷坩堝是特質的，可以至少承受1000攝氏度以上的高溫，且十分穩定，不會與靶材反應，產生雜質。 完成后，他讓學姐關閉束源爐擋板。 最后，他將一片片基片正面朝下放置在樣品支架上，再將樣品支架放回樣品臺。 “學姐，沒有問題吧，可以關艙門了嗎。”許秋看向陳婉清。 “嗯嗯。”陳婉清點點頭。 許秋將艙門從右往左推回原位，然后旋轉艙門上下的兩個旋鈕，直至無法轉動為止。 …… 許秋離開手套箱，和學姐一同來到總控臺，因為剩下的操作主要在總控臺完成。 總控臺接近兩米高，由十幾個模塊拼接而成，一共有30多個控制按鈕。 “旁邊有操作說明，嚴格按照說明來做就行。”陳婉清道。 許秋拿起真空鍍膜儀使用說明翻看，只有兩頁A4紙，并沒有想象中的多。 他表面上在看說明書，實則在心中查看系統。 系統已經將學姐的技能復制了，可以看到每步操作的細節，所以文字版的說明書意義已然不大。 “我看完了。”許秋道。 “這么快？”陳婉清道：“行，那你來操作吧，有什么問題我會提醒你的。” 第一步是打開循環水系統和空氣泵。 前者用來冷卻分子泵，而后者用來推動樣品擋板。 許秋找到位于總控臺后面的循環水裝置，按下綠色的啟動鍵，便聽到儀器發出嗡鳴聲，仔細聽的話還有水流聲。 然后，他走到空氣泵旁邊。 空氣泵上有一個橙紅色的瓶蓋大小的開關，需要拉起來，才能啟動機器。 許秋試著向上拉，開關卻紋絲不動，他也不敢太用力，便說道： “學姐，怎么弄。” “用力弄啊。” “砰！”我有科研輔助系統 第二十章 真空鍍膜(上)
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