第二十章 真空镀膜（上）
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许秋找到陈婉清，请教接下来的实验操作。
学姐拿出实验记录本，一边写写画画，一边讲解教学：
“我们最终要得到的是多层结构的太阳能电池器件，比如现在做的这个体系，正结构就是Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM：PC[70]BM/Ca/Al。
共有六层结构，层与层之间用“/”分隔，“：”则表示该层是由两种或以上物质共混。
那么，你这几天来做的工作就是：
首先，清洗具有ITO图案的玻璃基片，得到Glass/ITO部分；
然后，旋涂PEDOT:PSS溶液和有效层，得到PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM：PC[70]BM部分；
最后一步，也就是接下来要做的，是采用真空镀膜方法，将钙和铝蒸镀至基片上，得到Ca/Al部分。
真空镀膜法，原理是在真空条件下，加热靶材，使之气化，最后由靶材形成的气态分子会在舱体内运动，最终均匀沉积在样品表面，形成薄膜。
真空度越高，气体分子平均自由程越长。
只有当舱体内气压低于一定阈值，才可以进行蒸镀。
我们采用的加热方法有两种，一种是束源炉加热，另一种是钨丝加热。
蒸镀的操作比较繁琐，有很多细节需要注意，所以我来亲自指导你。”
“好的，学姐。”许秋道。
…………
两人做好防护，进入实验室。
许秋先将旋涂好的基片，从旋涂手套箱中拿出，然后迅速转移至装有蒸镀装置的手套箱中。
这个手套箱外接有三只橡胶手套，所以同时只能进入一个人。
于是，许秋进入，学姐则在外面看着，并为他解惑。
箱体内主要有两台大型设备，左边的是蒸镀装置。
蒸镀舱的舱体是由厚重的钢板所制，舱门用轨道连接在舱体上。
许秋将舱门朝右边推开，推着还蛮沉的。
他好奇道：“学姐，这套设备也不便宜吧。”
陈婉清：“整套设备差不多20万吧，包括蒸镀舱、分子泵、循环水、总控制台，是找沈羊一家专门做真空设备的公司订做的。他们公司离这边比较远，所以弄坏的话修起来也麻烦，上次循环水出了故障，他们过来修，路费就要了五千。”
许秋：“学姐怎么知道的这么清楚？”
陈婉清：“因为学校要统计实验室的固定资产，价格超过1000元的都要统计上报。实验室虽然是魏老师管，但所有权是归国家的，因为申请的科研经费是国家出的。除非是老板自掏腰包或者企业出钱，那就另说。”
许秋点点头，开始打量舱体内部。
下面有四个圆柱体形状的炉子，应该是束源炉。
四个束源炉旁边有两个金属平台，每个平台上面都有一块金属板，大概六厘米长，三厘米宽，一厘米厚，金属板通过六角螺丝与平台连接，中间有一定的缝隙。
“学姐，这个是干什么用的？”许秋指着平台问道。
“这个是电流加热装置，将用钨丝制成的篓，放在两个平台间，用金属板压住钨篓两端，通电流对钨篓加热，可达到很高的温度，使其内部靶材气化，进行蒸镀。”陈婉清道。
许秋继续看向舱体，中间部分有一探头状的物体，像个吊灯一样悬挂在束源炉和平台的上方。
学姐顺着许秋的目光看去，主动介绍道：
“这个是晶振装置，探头处装有晶振片，用来实时检测蒸镀的薄膜厚度。它的位置一定不能乱动，因为现在的参数是已经标定过的，如果移动了它的位置，对膜厚的检测结果就不标准了。此外晶振片也是有寿命的，所以需要定期更换晶振片，并重新标定厚度。”
舱体最上面是一块大的圆形金属挡板，以及一个可以旋转的样品台。
陈婉清道：“蒸镀过程中，气态靶材分子会在舱体内运动。当金属挡板打开时，可以阻挡靶材分子到达样品表面，所以它叫做样品挡板。开始蒸镀时，需将其打开。样品台可以旋转，其下方有掩模版，用来得到特定的薄膜图案，而它上面的样品支架可以取下来装样品，装好后再安装回去。”
将舱内情况了解完毕后，许秋开始做蒸镀前的准备工作。
两批基片的器件结构不同，需要分两次进行蒸镀。
第一批是正常结构，也就是蒸镀钙和铝。
许秋首先在钨篓中装满99.995%纯度的铝锭，然后让学姐帮忙打开钙束源炉的挡板。
挡板的开关是数控的，需要在手套箱外的总控台操作。
打开挡板后，他取出束源炉内部的陶瓷坩埚，将上次使用后剩余的残渣倒出，再加入两勺新的99.995%纯度的钙粉末。
陶瓷坩埚是特质的，可以至少承受1000摄氏度以上的高温，且十分稳定，不会与靶材反应，产生杂质。
完成后，他让学姐关闭束源炉挡板。
最后，将一片片基片正面朝下放置在样品支架上，再将样品支架放回样品台。
“学姐，没有问题吧。”许秋看向陈婉清。
“嗯嗯。”陈婉清点点头。
许秋将舱门从右往左推回原位，然后旋转舱门上下的两个旋钮，直至无法转动。
他离开手套箱，跟随学姐来到总控台，剩下的操作主要在总控台完成。
总控台接近两米高，由多个模块拼接而成，一共有30多个控制按钮。
陈婉清道：“旁边有操作说明，严格按照说明来做就行。”
许秋拿起《真空镀膜仪使用说明》翻看，只有两页A4纸，并没有想象中的多。
他表面上在看说明书，实则在心中查看系统。
系统已经将学姐的技能复制了，可以看到每步操作的细节，所以文字版的说明书意义已然不大。
“我看完了。”许秋道。
“这么快？”陈婉清道：“行，那你来操作吧，有什么问题我会提醒你的。”
第一步是打开循环水系统和空气泵。
前者用来冷却分子泵，而后者用来推动样品挡板。
许秋找到位于总控台后面的循环水装置，按下绿色的启动键，便听到仪器发出嗡鸣声，仔细听的话还有水流声。
然后，他走到空气泵旁边。
空气泵上有一个橙红色的瓶盖大小的开关，需要拉起来，才能启动机器。
许秋试着向上拉，开关却纹丝不动，他也不敢太用力，便说道：
“学姐，打不开。”
“用力啊。”
“砰！”
许秋找到陈婉清，请教接下来的实验操作。
学姐拿出实验记录本，一边写写画画，一边讲解教学：
“我们最终要得到的是多层结构的太阳能电池器件，比如现在做的这个体系，正结构就是Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM：PC[70]BM/Ca/Al。
共有六层结构，层与层之间用“/”分隔，“：”则表示该层是由两种或以上物质共混。
那么，你这几天来做的工作就是：
首先，清洗具有ITO图案的玻璃基片，得到Glass/ITO部分；
然后，旋涂PEDOT:PSS溶液和有效层，得到PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM：PC[70]BM部分；
最后一步，也就是接下来要做的，是采用真空镀膜方法，将钙和铝蒸镀至基片上，得到Ca/Al部分。
真空镀膜法，原理是在真空条件下，加热靶材，使之气化，最后由靶材形成的气态分子会在舱体内运动，最终均匀沉积在样品表面，形成薄膜。
真空度越高，气体分子平均自由程越长。
只有当舱体内气压低于一定阈值，才可以进行蒸镀。
我们采用的加热方法有两种，一种是束源炉加热，另一种是钨丝加热。
蒸镀的操作比较繁琐，有很多细节需要注意，所以我来亲自指导你。”
“好的，学姐。”许秋道。
…………
两人做好防护，进入实验室。
许秋先将旋涂好的基片，从旋涂手套箱中拿出，然后迅速转移至装有蒸镀装置的手套箱中。
这个手套箱外接有三只橡胶手套，所以同时只能进入一个人。
于是，许秋进入，学姐则在外面看着，并为他解惑。
箱体内主要有两台大型设备，左边的是蒸镀装置。
蒸镀舱的舱体是由厚重的钢板所制，舱门用轨道连接在舱体上。
许秋将舱门朝右边推开，推着还蛮沉的。
他好奇道：“学姐，这套设备也不便宜吧。”
陈婉清：“整套设备差不多20万吧，包括蒸镀舱、分子泵、循环水、总控制台，是找沈羊一家专门做真空设备的公司订做的。他们公司离这边比较远，所以弄坏的话修起来也麻烦，上次循环水出了故障，他们过来修，路费就要了五千。”
许秋：“学姐怎么知道的这么清楚？”
陈婉清：“因为学校要统计实验室的固定资产，价格超过1000元的都要统计上报。实验室虽然是魏老师管，但所有权是归国家的，因为申请的科研经费是国家出的。除非是老板自掏腰包或者企业出钱，那就另说。”
许秋点点头，开始打量舱体内部。
下面有四个圆柱体形状的炉子，应该是束源炉。
四个束源炉旁边有两个金属平台，每个平台上面都有一块金属板，大概六厘米长，三厘米宽，一厘米厚，金属板通过六角螺丝与平台连接，中间有一定的缝隙。
“学姐，这个是干什么用的？”许秋指着平台问道。
“这个是电流加热装置，将用钨丝制成的篓，放在两个平台间，用金属板压住钨篓两端，通电流对钨篓加热，可达到很高的温度，使其内部靶材气化，进行蒸镀。”陈婉清道。
许秋继续看向舱体，中间部分有一探头状的物体，像个吊灯一样悬挂在束源炉和平台的上方。
学姐顺着许秋的目光看去，主动介绍道：
“这个是晶振装置，探头处装有晶振片，用来实时检测蒸镀的薄膜厚度。它的位置一定不能乱动，因为现在的参数是已经标定过的，如果移动了它的位置，对膜厚的检测结果就不标准了。此外晶振片也是有寿命的，所以需要定期更换晶振片，并重新标定厚度。”
舱体最上面是一块大的圆形金属挡板，以及一个可以旋转的样品台。
陈婉清道：“蒸镀过程中，气态靶材分子会在舱体内运动。当金属挡板打开时，可以阻挡靶材分子到达样品表面，所以它叫做样品挡板。开始蒸镀时，需将其打开。样品台可以旋转，其下方有掩模版，用来得到特定的薄膜图案，而它上面的样品支架可以取下来装样品，装好后再安装回去。”
将舱内情况了解完毕后，许秋开始做蒸镀前的准备工作。
两批基片的器件结构不同，需要分两次进行蒸镀。
第一批是正常结构，也就是蒸镀钙和铝。
许秋首先在钨篓中装满99.995%纯度的铝锭，然后让学姐帮忙打开钙束源炉的挡板。
挡板的开关是数控的，需要在手套箱外的总控台操作。
打开挡板后，他取出束源炉内部的陶瓷坩埚，将上次使用后剩余的残渣倒出，再加入两勺新的99.995%纯度的钙粉末。
陶瓷坩埚是特质的，可以至少承受1000摄氏度以上的高温，且十分稳定，不会与靶材反应，产生杂质。
完成后，他让学姐关闭束源炉挡板。
最后，将一片片基片正面朝下放置在样品支架上，再将样品支架放回样品台。
“学姐，没有问题吧。”许秋看向陈婉清。
“嗯嗯。”陈婉清点点头。
许秋将舱门从右往左推回原位，然后旋转舱门上下的两个旋钮，直至无法转动。
他离开手套箱，跟随学姐来到总控台，剩下的操作主要在总控台完成。
总控台接近两米高，由多个模块拼接而成，一共有30多个控制按钮。
陈婉清道：“旁边有操作说明，严格按照说明来做就行。”
许秋拿起《真空镀膜仪使用说明》翻看，只有两页A4纸，并没有想象中的多。
他表面上在看说明书，实则在心中查看系统。
系统已经将学姐的技能复制了，可以看到每步操作的细节，所以文字版的说明书意义已然不大。
“我看完了。”许秋道。
“这么快？”陈婉清道：“行，那你来操作吧，有什么问题我会提醒你的。”
第一步是打开循环水系统和空气泵。
前者用来冷却分子泵，而后者用来推动样品挡板。
许秋找到位于总控台后面的循环水装置，按下绿色的启动键，便听到仪器发出嗡鸣声，仔细听的话还有水流声。
然后，他走到空气泵旁边。
空气泵上有一个橙红色的瓶盖大小的开关，需要拉起来，才能启动机器。
许秋试着向上拉，开关却纹丝不动，他也不敢太用力，便说道：
“学姐，打不开。”
“用力啊。”
“砰！”