真空蒸發(fā)鍍膜厚均勻性分析

目錄中文摘要 3英文摘要 51引言 61.1真空鍍膜的意義 61.2 真空鍍膜技術在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀 71.3 薄膜均勻性的重要性 81.4 課題的研究背景 91.5 設計要解決的問題 92蒸發(fā)源結構的設計 93真空室結構的設計 124MATLAB部分 134.1MATLAB語言特點 134.2數(shù)學模型的建立 154.4研究影響膜厚均勻性的蒸發(fā)源孔各因素 174.4.1膜厚均勻性與一個方向上蒸發(fā)源孔數(shù)量的關系 174.4.2蒸發(fā)源與基片距離為100mm時均勻度與孔排列的關系。 214.4.3蒸發(fā)源在X與Y兩個方向同時增加孔的數(shù)量時對膜厚均勻性的影響。 224.4.4蒸發(fā)源上孔徑變化時對膜厚均勻度的影響 254.4.5進一步增加孔的數(shù)量對膜厚均勻度的影響。 264.5總結 33致謝 34參考文獻 35

真空蒸發(fā)鍍膜厚均勻性分析摘要：本文對真空蒸發(fā)鍍膜厚均勻性與蒸發(fā)源孔的數(shù)量，排列，大小的關系進行了分析。在一個蒸發(fā)源上打多個孔，每個孔看做一個點蒸發(fā)源，膜厚符合余弦分布。根據(jù)余弦分布的數(shù)學模型，通過matlab模擬，研究膜厚均勻性與蒸發(fā)源孔數(shù)量、蒸發(fā)源孔排列、蒸發(fā)源與基片間距離、蒸發(fā)源與蒸發(fā)源孔徑大小的關系，尋找一種在保證材料利用率的情況下提高膜厚均勻性的方法。在20*10mm蒸發(fā)源上孔數(shù)量由一個到四個時，孔的均勻性隨孔數(shù)量的增加而提高。優(yōu)化孔的排列可以顯著提高膜厚均勻性。在蒸發(fā)源與基片距離小于100mm時，增加距離可以顯著提高均勻性，但當蒸發(fā)源孔數(shù)量較多時，存在一個均勻性極值，即在某一距離上均勻性較好，增加距離或減少距離會降低均勻性。在蒸發(fā)源與基片距離大于100mm時，各種蒸發(fā)源蒸鍍的膜厚均勻性均在3%以內。在10*20蒸發(fā)源板上進行模擬，通過優(yōu)化3*5蒸發(fā)源孔的配置可以在蒸發(fā)源基片距離為5mm的情況下把膜厚均勻性控制在20%以內。通過優(yōu)化9*9蒸發(fā)源孔可以在20mm*10mm的基片上膜厚均勻性可以控制在2%以內。關鍵詞：膜厚均勻性；蒸發(fā)源孔配置；蒸發(fā)源與基片距離；Abstract：Inthispaper,thevacuumevaporationcoatingthicknessuniformityandtheevaporationsourceholenumber,arrangement,sizeoftherelationshipareanalyzed.Onanevaporationsourcemultipleholes,eachholeevaporationasapointsource,thefilmthicknessinaccordancewiththecosinedistribution.Accordingtoacosinedistributionmathematicalmodel,throughmatlabsimulation,researchonfilmthicknessuniformityandtheevaporationsourceholenumber,holeevaporationsourcearrangement,thedistancebetweentheevaporationsourceandthesubstrate,therelationshipbetweenevaporationsourceandtheevaporationsourceaperturesize,lookforaguaranteeundertheconditionofmaterialutilizationmethodtoimprovefilmthicknessuniformity.Evaporationsourcein20*10mmholenumberfromonetofour,theuniformityoftheholewiththeincreaseoftheporenumberandimprove.Optimizingthearrangementofholescansignificantlyimprovethefilmthicknessuniformity.Inevaporationsourceandthesubstratedistancelessthan100mm,thedistancecansignificantlyimproveuniformity,butwhentheevaporationsourceholequantityislarge,thereisauniformityofextremevalue,thebetteruniformityinacertaindistance,distanceorreducedistancedecreasesuniformity.Whentheevaporationsourceandthesubstratedistancegreaterthan100mm,allkindsofevaporationsourceofevaporationfilmthicknessuniformitywithin3%.Inthe10*20,tosimulatetheevaporationsourceplatebyoptimizingtheconfigurationof3*5evaporationsourceholecaninevaporationsourcetosubstratedistanceis5mmundertheconditionofthefilmthicknessuniformitycontrolwithin20%.Byoptimizingthe9*9evaporationsourceholecanin20mm*10mmfilmthicknessuniformityofsubstratecanbecontrolledwithin2%.Keywords：Filmthicknessuniformity;Theevaporationsourceholeconfiguration;Theevaporationsourceandthesubstratedistance;.引言1.1真空鍍膜的意義真空鍍膜技術是真空應用技術的重要組成部分，是一項綜合的、應用范圍很廣的先進技術，是許多前沿學科發(fā)展的基礎技術之一，同時也是當今信息時代中許多高新技術發(fā)展必不可少的手段。這一技術目前之所以得到飛速發(fā)展是因為它不僅僅是單一的真空應用技術，而是以真空技術為基礎，利用物理或化學的方法，并且吸收了電子束、分子束、離子束、等離子體、射頻、磁控等一系列新的技術，從而為科學研究與生產提供了膜層涂覆的新工藝，新技術的結果。用真空鍍膜技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電鍍工藝，不但能節(jié)省大量的膜材和降低能耗，而且還會消除濕法鍍膜中所產生的環(huán)境污染。因此國外在鋼鐵零件涂覆防腐層和保護膜方面，已采用真空鍍膜工藝來替代電鍍工藝，在冶金工業(yè)中，為鋼板和鋼帶加鍍鋁防護層已很普遍。在機械制造工業(yè)中，真空鍍膜工藝用于改變某些加工工藝和節(jié)約貴重的原材料，再如汽車制造業(yè)中采用塑料制品金屬化零件代替各種金屬零件，即減輕了汽車的重量又節(jié)約了燃油的消耗。在玻璃上鍍?yōu)V光膜和低輻射膜，可使陽光射入。而作為室內熱源的紅外輻射又不能通過玻璃輻射出去，這在高緯度地區(qū)也可以達到保溫節(jié)能的目的。真空鍍膜技術及設備在當今和未來都擁有十分廣闊的應用領域和發(fā)展前景特別是在制造大規(guī)模集成電路的電學膜：數(shù)字式縱向與橫向均可磁化的數(shù)據(jù)紀錄儲存膜：在能充分展示和應用各種光學特性的光學膜；在計算機顯示用的感光膜；在TFT、PDP平面顯示器上的導電膜和增透膜；在建筑、汽車行業(yè)上應用的玻璃鍍膜和裝飾膜；在包裝領域用防護膜、阻隔膜；在裝飾材料上具有各種功能裝飾效果的功能膜；在工、模具上應用的耐磨超硬膜：在納米材料研究方面的各種功能性薄膜等等都是在真空鍍膜技術及設備在廣泛應用的基礎上得到的不斷發(fā)展的領域。真空鍍膜技術在國內外的發(fā)展現(xiàn)狀從中國的真空鍍膜技術及設備的發(fā)展歷史來看，是從20世紀60年代開始的，從無到有，從模仿設計、自行研制到技術引進，并在技術引進的基礎上促進了自行研制和發(fā)展，特別是在20世紀80-90年代我國的真空鍍膜技術及設備都取得了長足的發(fā)展，在一些薄膜的應用領域里甚至得到了跨越式的進展。但隨著中國進入WTO和世界經濟全球化進程的加快，我國的真空鍍膜技術及設備已經面臨和正在面臨著國外擁有先進的真空鍍膜技術和設備的跨國公司的強有力的競爭和挑戰(zhàn)，這種競爭和挑戰(zhàn)迫使我們要同世界貿易組織的其它成員國一樣，在同等條件下參與整個世界市場的競爭。但機遇也伴隨競爭和挑戰(zhàn)降臨，主要的機遇在于中國入世后將逐步成為世界各經濟國的加工基地，同時設備制造的國際性優(yōu)質配件的采購也將更容易，采購成本也會降低，國產設備的品質會得到大幅度的提高。從目前真空鍍膜設備的市場發(fā)展現(xiàn)狀來看，國外許多實力雄厚的真空鍍膜設備生產商已在中國成立了許多合資或獨資的加工企業(yè)，并將一些新的真空鍍膜工藝技術和產品移植到這些企業(yè)中來。因此我國真空鍍膜設備在今后三～五年內的主要市場除了國內的企業(yè)外，外商投資企業(yè)也是設備需求新的增長點。但是在真空鍍膜技術和設備上國內和國外還存在很大的差距。我們國內的鍍膜設備研發(fā)的創(chuàng)新意識還不夠，國內真空鍍膜設備的生產廠家，主要考慮的是國內的中、低端市場，常常受用戶給出的低價格所迫，以犧牲設備的性能和可靠性來贏得市場，而生產廠家也缺乏對設備研制的能付諸于實施的中長期規(guī)劃。這樣就使得對新技術、新工藝的應用迫切性降低，而給國外廠家創(chuàng)造了進入中國市場的大好機會。目前國內的生產廠商以中、小規(guī)模居多，規(guī)模小，綜合實力低。由于國內的整體配套更新較慢，加工設備較差，加工手段不先進，造成產品的一致性差，，產品質量在許多方面低于國外同類產品的水平?？墒俏覀儑鴥仍谡婵斟兡ぜ夹g的發(fā)展和應用上也有很多明顯的優(yōu)勢。首先是資源上的優(yōu)勢，我國有近20多個有一定規(guī)模的真空鍍膜設備的研制和生產廠家，并都擁有一支有一定技術水平和研發(fā)能力的技術隊伍和銷售網(wǎng)絡，整個真空行業(yè)是有凝聚力的。從全行業(yè)的研制生產規(guī)模和從業(yè)人數(shù)上來看都是具有一定優(yōu)勢的。其次是市場上的優(yōu)勢，隨著中國進入WTO以后，中國將逐步成為世界最大工業(yè)產品的加工基地，中國范圍內就有巨大的市場發(fā)展空間。還有研制和制造成本上的優(yōu)勢，國內的主要真空鍍膜設備生產企業(yè)，同國外廠家相比都具備低的人工成本和低的加工設備和工作場地的租金成本(或資產占用費)，這也許是國外許多同類企業(yè)無法比擬的優(yōu)勢。所以我們要發(fā)展我們的優(yōu)勢，自主創(chuàng)新，及時地響應市場發(fā)展的需求變化，積極跟蹤國外的先進工藝技術及設備的進展，采用引進部分先進技術和生產模式，同國外著名真空鍍膜廠家的合作方式，推行關鍵部件國際化采購的方式，提高我國真空鍍膜設備的質量及整體的技術水平，以真正能適應市場發(fā)展的需求。薄膜均勻性的重要性隨著社會的發(fā)展和科學的進步,薄膜技術逐漸成為高科技產品加工過程中的關鍵工序之一。薄膜的均勻性和附著力的優(yōu)劣將直接影響到各種器件的穩(wěn)定性和可靠性。由于薄膜的均勻性對產品的一致性以及器件的性能有著很重要的影響在光學薄膜元件的制備過程中，薄膜的膜厚均勻性是一個非常重要的問題。對于干涉薄膜、介質反射鏡、減反射膜等光學元件，膜厚均勻性是一個非常重要的因素，也是制備精密光學元件的關鍵。鍍膜面積越大，膜厚均勻性就越難控制。膜厚均勻性不好，膜系特性將會遭到嚴重的破壞，不僅會導致光學元件不同位置上的光譜曲線發(fā)生很大的漂移，影響整個元件的光學特性，還會影響到元件上的光強分布，另外對元件的面形也會造成一定的影響。而且，膜厚均勻性還關系到鍍膜成品率的高低。因此，近年來膜厚均勻性一直受到廣泛的關注。課題的研究背景在真空蒸發(fā)鍍中，為提高膜厚均勻性，常采用的方法有增加蒸發(fā)源與基片的距離，或采用旋轉基片，但材料利用率下降很多，如采用面蒸發(fā)源，可能表面加熱不均，膜厚均勻性降低。亟需一種提高膜厚均勻性又能保證材料利用率的蒸發(fā)源裝置。設計要解決的問題探究膜厚均勻性與蒸發(fā)源孔的數(shù)量，孔的排列，孔徑大小的關系，尋找提高膜厚均勻性的途徑，并設計出真空室內部結構圖。蒸發(fā)源結構的設計，蒸發(fā)源是用來加熱膜材使之汽化蒸發(fā)的裝置。目前所用的蒸發(fā)源主要有電阻加熱、電子束加熱、感應加熱、電弧加熱和激光加熱等多種形式。電阻加熱式蒸發(fā)源：電阻式蒸發(fā)源簡單、經濟、可靠，可以做成不同的容量、形狀并具有不同的電特性。電子槍加熱蒸發(fā)源：有時很多材料不能用電阻加熱的形式蒸發(fā)，例如常用于可見光和近紅外光學器件鍍膜的絕緣材料。在這種情況下，必須采用電子束加熱方式。電子束加熱所用的電子槍有多種類型可供選擇。多坩堝電子槍可采用一個源對多種材料進行蒸發(fā)，這種槍在鍍制多層膜且膜層較薄的工藝中應用效果很好。當需要每種鍍膜材料用量較大，或每個源都需要占用不同的位置時，可以選用單坩堝電子槍。電子槍所用電源的大小更多地取決于蒸發(fā)材料的導熱性，而不是其蒸發(fā)溫度。電源功率一般在4-10KW之間，對于大多數(shù)的絕緣材料，4KW就足夠了，而如果想達到很高的沉積速率，或在一個很大的真空室內對導熱材料進行蒸發(fā)時，則需要10KW以上的更大功率的電源電子束加熱原理：電子束加熱蒸發(fā)源是利用熱陰極發(fā)射電子在電場作用下成為高能量密度的電子束直接轟擊至鍍料上。電子束的動能轉化為熱能，使鍍料加熱汽化，完成蒸發(fā)鍍膜。感應加熱式蒸發(fā)源：利用高頻電磁場感應加熱膜材使其汽化蒸發(fā)的裝置稱為感應加熱式蒸發(fā)源感應加熱式蒸發(fā)源具有如下特點：1)蒸發(fā)速率大。在卷繞蒸鍍膜中，當沉積鋁膜厚度為40nm時，卷繞速度可達270m/min,比電阻加熱式蒸發(fā)源高10倍左右。2)蒸發(fā)源溫度均勻穩(wěn)定，不易產生液滴飛濺現(xiàn)象?？杀苊庖旱纬练e在薄膜上產生針孔缺陷，提高膜層質量。3)蒸發(fā)源一次裝料，無需送絲機構，溫度控制比較容易，操作簡單。4)對膜材純度要求略寬此，如一般真空感應加熱式蒸發(fā)源用99.9%純度的鋁即可，而電阻加熱式蒸發(fā)源要求鋁的純度為99.39%，因此膜材的生產成本也可降低。5)坩堝溫度較低，坩堝材料對膜導污染較少。激光加熱式蒸發(fā)源：激光束加熱蒸發(fā)的原理是利用激光源發(fā)射的光子束的光能作為加熱膜材的熱源，使膜材吸熱汽化蒸發(fā)，激光加熱蒸發(fā)技術是真空蒸發(fā)鍍膜工藝中的一項新技術。電弧加熱蒸發(fā)源：電弧加熱蒸發(fā)源是在高真空下通過兩導電材料制成的電極之間產生電弧放電，利用電弧高溫使電極材料蒸發(fā)。電阻加熱蒸發(fā)鍍的工藝特點是采用片狀或絲狀的W、M0、Ta等高熔點金屬，做成一定形狀的蒸發(fā)源，其上裝入待蒸發(fā)材料，利用大電流通過蒸發(fā)源所產生的焦耳熱，對蒸發(fā)材料進行直接加熱蒸發(fā)，或者把待蒸發(fā)材料放人Al203、Be0等坩堝中進行間接加熱蒸發(fā)。如圖為各種形狀的電阻蒸發(fā)源。電阻加熱蒸發(fā)結構較簡單，成本低，操作簡便，應用普遍。但是要求電阻加熱蒸發(fā)源材料具有高熔點、低的平衡蒸氣壓和在蒸發(fā)溫度下不與膜料發(fā)生化學反應或互溶現(xiàn)象。電阻加熱蒸發(fā)鍍可用來制備Al、Ag、Cd、C0、Ni膜和多種光電膜。電阻加熱蒸發(fā)源有點狀，線狀，面狀等形狀的蒸發(fā)源。我設計的蒸發(fā)源，底部有一個陶瓷加熱板加熱，四周有鎢絲加熱絲加熱。頂部有一個蒸發(fā)源蓋，圖2-1單孔蒸發(fā)源結構示意圖蒸發(fā)源蓋上有多個孔，如圖2-1,2-2所示。蒸鍍材料被加熱后由蒸發(fā)源孔射出，每個蒸發(fā)源孔可以看做一個點狀蒸發(fā)源，整個蒸發(fā)孔可看做一個多孔蒸發(fā)源。通過調整每個孔的大小和孔間距可以提高膜厚均勻性。它的優(yōu)點如下=1\*GB3①結構簡單=2\*GB3②鍍膜均勻性好=3\*GB3③材料利用率高圖2-2多孔蒸發(fā)源結構示意圖真空室結構的設計圖3-1真空室設計為了探究真空蒸發(fā)鍍膜厚均勻性與蒸發(fā)源基片距離的關系，真空室結構需設計為蒸發(fā)源與基片距離可調，所以我設計了真空室的內部結構。真空室內部結構如圖所示：蒸發(fā)源與基片間距離可以通過螺紋調節(jié)，轉動轉盤可以使基片與蒸發(fā)源之間的距離增大或縮小。轉盤與基片架通過螺紋與同一螺桿連接，基片通過基片夾固定在基片架上。螺桿用三根支撐架支撐，支撐架焊接在真空室底座上。蒸發(fā)源通過螺釘固定在真空室底座上。蒸發(fā)源加材料料時可以擰開蒸發(fā)源蓋上的螺釘加入材料。4MATLAB部分4.1MATLAB語言特點一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點，正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級語言使人們擺脫了需要直接對計算機硬件資源進行操作一樣，被稱作為第四代計算機語言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。MATLAB最突出的特點就是簡潔。MATLAB用更直觀的，符合人們思維習慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。MATLAB給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。以下簡單介紹一下MATLAB的主要特點。1）。語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。MATLAB程序書寫形式自由，利用起豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫函數(shù)都由本領域的專家編寫，用戶不必擔心函數(shù)的可靠性。可以說，用MATLAB進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。具有FORTRAN和C等高級語言知識的讀者可能已經注意到，如果用FORTRAN或C語言去編寫程序，尤其當涉及矩陣運算和畫圖時，編程會很麻煩。例如，如果用戶想求解一個線性代數(shù)方程，就得編寫一個程序塊讀入數(shù)據(jù)，然后再使用一種求解線性方程的算法（例如追趕法）編寫一個程序塊來求解方程，最后再輸出計算結果。在求解過程中，最麻煩的要算第二部分。解線性方程的麻煩在于要對矩陣的元素作循環(huán)，選擇穩(wěn)定的算法以及代碼的調試動不容易。即使有部分源代碼，用戶也會感到麻煩，且不能保證運算的穩(wěn)定性。解線性方程的程序用FORTRAN和C這樣的高級語言編寫，至少需要四百多行，調試這種幾百行的計算程序可以說很困難。2）運算符豐富。由于MATLAB是用C語言編寫的，MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短。3）MATLAB既具有結構化的控制語句（如for循環(huán)，while循環(huán)，break語句和if語句），又有面向對象編程的特性。4）程序限制不嚴格，程序設計自由度大。例如，在MATLAB里，用戶無需對矩陣預定義就可使用。5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號的計算機和操作系統(tǒng)上運行。6）MATLAB的圖形功能強大。在FORTRAN和C語言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。MATLAB還具有較強的編輯圖形界面的能力。7）MATLAB的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。8）功能強大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個核心內部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱用于多種學科。而學科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如control,toolbox,signlproceessingtoolbox,commumnicationtoolbox等。這些工具箱都是由該領域內學術水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學科范圍內的基礎程序，而直接進行高，精，尖的研究。9）源程序的開放性。開放性也許是MATLAB最受人們歡迎的特點。除內部函數(shù)以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構成新的工具箱。4.2數(shù)學模型的建立假設整個蒸發(fā)源被均勻地加熱，蒸發(fā)源內部有充足的蒸發(fā)材料，每個孔可以看做一個點蒸發(fā)源，蒸鍍材料的蒸發(fā)符合余弦定律Ri=其中r是蒸發(fā)源孔徑的半徑。h是蒸發(fā)源和基片之間的距離。n是蒸發(fā)源中氣象分子密度。vavRi=x，y為基片上一點相對于蒸發(fā)源孔正上方基片點的坐標。即設蒸發(fā)源正上方基片對應點為坐標原點，基片上任一點相對于坐標原點的坐標為（x，y）。多個蒸發(fā)源孔，把每個蒸發(fā)源孔看做一個點蒸發(fā)源，基片上的膜厚為所有點蒸發(fā)源在基片上沉積的膜厚的疊加。在模擬過程中，將nvav44.3模擬說明為了讓讀者能夠看懂我所做的模擬，我先舉一個例子說明。蒸發(fā)源孔板如下蒸發(fā)材料裝在蒸發(fā)舟中，蒸發(fā)源蓋上打孔，蒸發(fā)材料通過蒸發(fā)孔蒸發(fā)出來。如上圖所示蒸發(fā)源蓋上有9個孔，孔直徑有1.5,2，2.5三個數(shù)值。Matlab程序如下：fprintf('相鄰蒸發(fā)孔之間的距離w=5')disp'————————輸入基片與蒸發(fā)源之間距離——————h'h=input('h=(mm)');[x,y]=meshgrid(-10:0.1:10);r11=((h.*0.75)./(h.^2+x.^2+y.^2)).^2;r21=(h./(h.^2+(x-5).^2+y.^2)).^2;r01=(h./(h.^2+(x+5).^2+y.^2)).^2;r02=((h.*1.25)./(h.^2+(x+5).^2+(y-5).^2)).^2;r12=(h./(h.^2+x.^2+(y-5).^2)).^2;r22=((h.*1.25)./(h.^2+(x-5).^2+(y-5).^2)).^2;r00=((h.*1.25)./(h.^2+(x+5).^2+(y+5).^2)).^2;r10=(h./(h.^2+x.^2+(y+5).^2)).^2;r20=((h.*1.25)./(h.^2+(x-5).^2+(y+5).^2)).^2;r=r11+r21+r01+r02+r12+r22+r00+r10+r20;surf(x,y,r)shadinginterp如圖所示為生成的圖形，設基片的幾何中心為坐標原點，X,Y坐標為基片上一點的坐標，Z坐標代表膜厚，膜厚值為相對值，即每一點的具體數(shù)值沒有意義，兩點的數(shù)值的比值代表兩點膜厚的比值。Z坐標的值可以通過不同顏色光的波長表示，膜厚的地方為波長較長的紅色。膜薄的地方為波長較短的藍色。X方向與Y方向每隔0.1mm取一個點的Z值，共200*200即40000個點。使用shadinginterp命令填充網(wǎng)格平滑過渡即得到所示圖形。4.4研究影響膜厚均勻性的各因素4.4.1研究膜厚均勻性與一個方向上蒸發(fā)源孔數(shù)量的關系雙孔時模擬結果比較：兩孔中心距離mm（h=5，r=1.25）81012均勻度197%189.5%197%所以取兩孔距離為10mm三孔時模擬結果比較：側孔與中心孔距離mm（h=5，r=1.25）6788.5均勻度159%146%139%140%所以取中心孔與側孔距離為8mm四孔時模擬結果比較：內孔與基片中心距離mm（h=5，r=1.25）333.53.53外孔與基片中心距離mm（h=5，r=1.25）7888.58.5均勻度143%128%130%124%130%所以取3.5,8.5這組數(shù)據(jù)。下列圖為孔數(shù)量不同時在10*20基片上的膜厚分布。如圖為在20*10基片正下方開一半徑為1.25mm的孔時的的膜厚分布，在孔正上方膜厚為1，孔正上方基片中心點處膜厚值最大，離中心點距離越遠，膜厚值越小，所以在四個棱角處膜厚值最小，為0.0278，即僅為中心點處的2.78%。如圖為在20*10基片下方蒸發(fā)源上開兩個孔時的膜厚分布，通過圖可以看出在兩孔正上方的膜厚值最大，基片四個角的膜厚值最小，兩孔中間的區(qū)域膜厚值接近均值，由圖可以直觀的看出，雙孔的膜厚均勻性較單孔得到了較大的提高如上圖為三孔時的膜厚分布，由圖可知中間孔正上方基片點的膜厚值最大，兩個側孔正上方基片點的膜厚值次之，兩側膜厚值較低，四個棱角膜厚值最低。四孔比三孔又得到提高。孔板孔徑距離h最大值最小值平均值均勻度20*10mm1.25（單孔）510.02780.2604373%70.99960.07930.3980231%101.00160.19780.5646142%201.00160.58140.831350%10010.97550.99162.47%雙孔51.00050.11480.4647191%71.00060.24420.6511116%100.99790.40490.779976%201.00300.66170.873639%10010.97580.99182.44%三孔50.99960.17310.5647146%71.00070.29760.6921102%1010.42760.769774.4%201.00060.67440.877337.4%10010.97590.99182.43%四孔51.00010.26690.6172119%70.99960.41880.759576.5%101.00050.54630.835652.2%2010.72330.898830.8%1000.99790.97410.98982.4%由圖可知：當蒸發(fā)源與基片的距離在20mm以內時，均勻性隨著孔數(shù)量的增加而顯著提高。圖中所列的蒸發(fā)源中，同一種蒸發(fā)源在基片上的均勻性隨距離增加而提高，在蒸發(fā)源與基片距離為100mm時，蒸發(fā)源上孔數(shù)量不同時，均勻度均在3%以內。4.4.3研究蒸發(fā)源在X與Y兩個方向同時增加孔的數(shù)量時對膜厚均勻性的影響。在Y方向增加孔后，整體的均勻性得到提高，但我們可以看到X方向仍然不均勻，于是考慮在X、Y方向同時增加孔的數(shù)量。2*3孔時模擬結果比較：孔與X軸的距離（mm）（h=5mm，r=1.25mm）33.52.533孔與Y軸的距離（h=5mm，r=1.25mm）77788.5均勻度80.9%152%91.5%64.3%64.4%所以選擇3.8這組數(shù)據(jù)。2*4孔模擬結果如下內側孔與Y軸的距離，（h=5mm，r=1.25mm）333.53.54外側孔與Y軸的距離8.5888.58.5均勻度58.29%65.31%65.45%56.85%60.77%所以選擇3.5,8.5這組數(shù)據(jù)。2*5孔模擬結果如下：內側孔與X軸距離（h=5mm，r=1.25）5544外側孔與X軸距離（h=5mm，r=1.25）910910均勻度53.97%48.36%69.36%68.03%所以選擇5，10這組數(shù)據(jù)?？拙嚯x均勻度2*3582.2%2*3770.78%2*31062.75%2*32038.74%2*31002.42%2*4558.28%2*4757.32%2*41055%2*42033.46%2*41002.41%2*5548.36%2*5751.5%2*51049.71%2*52031.28%2*51002.4%如圖所示為2*5個孔h=5時的膜厚分布由圖可知，相對于只在X方向開孔的情況，在X,Y方向同時開孔，均勻性得到提高。但是四個角的膜厚值仍然很低，于是考慮重新配置孔徑，即在離中心遠的地方孔徑取大值，在離中心進的地方孔徑取較小值4.4.4研究蒸發(fā)源上孔徑變化時對膜厚均勻度的影響r0=1,r1=1,r2=1.25,r3=1.4r0=1,r1=1,r2=1.25,r3=1.4孔徑r0，r1，r2，r3距離h（mm）最大值最小值平均值均勻度r0=r1=1，r2=1.25，r3=1.450.13610.10670.125323.4%70.11190.08770.104623.1%100.87640.62670.799530%200.99960.75340.911927%r0=r1=r3=r350.99980.22150.6263124.3%70.99630.61680.869743.6%100.99970.61330.864144.7%200.99890.72650.899330.3%由數(shù)據(jù)可知，在蒸發(fā)源與基片距離為5.7.10，20時相對于孔徑大小相同的蒸發(fā)源，孔徑大小變化后，即基片中心下方所對應的孔孔徑較小，離中心孔距離越遠，孔徑越大。至于孔徑大小具體值可以經過多次嘗試，已得到最好的均勻性。4.4.5研究進一步增加孔的數(shù)量對膜厚均勻度的影響。在基片蒸發(fā)源距離為10mm時在20*10mm板上2*5孔變孔徑時均勻度為30%，仍然較低，于是考慮增加孔的數(shù)量。采用9*9孔距離h（mm）最大值最小值平均值均勻度510.94900.97235.24%70.99960.99030.99430.935%101.00010.97650.99242.38%200.99970.92640.97557.514%1001.00430.98340.99752.14%通過優(yōu)化孔的配置，可以在較近距離上實現(xiàn)較高的均勻度，蒸發(fā)源蓋上孔配置如圖所示，中心位置孔徑小，離中心位置越遠，孔徑越大。經過嘗試后，在h=7時膜厚均勻度可達0.935%。膜厚均勻度以達到很高的水平，點狀蒸發(fā)源在距離為100mm時仍未達到1%以下。另外由圖可知在距離為7mm時均勻性達到了極值，即增大或減小蒸發(fā)源與基片的距離均勻性均降低。4.5總結當蒸發(fā)源為點蒸發(fā)源時膜厚均勻度在100mm以內較低，為提高膜厚均勻度，考慮在一個方向上增加孔的數(shù)量，從一個增加到四個，膜厚均勻性不斷提高，但另一個方向上膜厚值差別較大。在兩個方向上同時增加孔的數(shù)量后均勻性得到進一步提高，但是基片四個棱角的膜厚值與基片中心的膜厚值差別較大，于是考慮變化孔徑，即在基片中心正下方的孔徑較小，在離中心越遠，孔徑越小，在9*9孔時，在20*10基片上模厚均勻度控制在1%以內。

致謝感謝方應翠老師在整個畢業(yè)設計過程中悉心的指導和關懷。最開始迷茫，不知所措無從下手時，方老師指導我們一點點地查文獻，總結文獻內容。后來具體做時很凌亂，老師指導我們從小處從小問題著手，本著嚴謹求實的態(tài)度，一點一點地走上本課題是在導師方應翠副教授的悉心指導和關懷下完成的，在大學的最后階段，方老師不盡在學業(yè)上授予我專業(yè)知識，引領我進入探索科學的征途，而且在生活上給了我無微不至的關心。更重要的是她嚴謹?shù)那髮嵶黠L、無私的奉獻精神，給了我深刻的影響。。心中有的是對這四年大學生活的無限留戀，更是對恩師的不盡感激和無比崇敬。

[1]戴劍鋒,李揚,王青,等.TiO2薄膜制備及光誘導超親水性能研究[J].甘肅科學學報,2008,20(1):76-78.[2]譚深。鍍膜機蒸發(fā)源位形對膜厚均勻性的影響。真空科學與技術，1985年4月[3]董磊，趙元安，易葵，劭建達，范正修。不同類型蒸發(fā)源對平面夾具薄膜均勻性的影響[4]呂立東，李新南。LAMOST子鏡真空鍍鋁系統(tǒng)中的多點蒸發(fā)源建模分析。真空。2009年1月。[5]董宏奎，趙建華，林日樂，胡納新，陳川貴。薄膜均勻性的分析研究。壓電與聲光。2006年10月[6]徐樹深，梅麗文，張建光。鍍膜裝置蒸發(fā)源發(fā)射形態(tài)與膜厚分布。真空。2010年11月[7]盧晨盈。修正版改善薄膜厚度均勻性的研究。武漢理工大學材料科學與工程學院碩士畢業(yè)論文。2011年4月[8]穆長生，張輝軍，溫殿忠。真空鍍膜中膜厚均勻性的研究。傳感器技術。2002年[9]艾萬軍，熊勝明。3.6m大口徑鍍膜機膜厚均勻性分析。光電工程。2011年1月[10]HuChen，YangGang，ChenWenbin，LuoKaijun，LiuFeng。Simulationoftheorganicthinfilmthicknessdistributionformulti-sourcethermalevaporationprocess[11]YoshikiKamimura，HiroyukiOkada，ShigekiNaka。Evaluationofuniformityfororganicfilmevaporationusingtwodimensionaldifferentapertures。Vacuum。2013年。［12］楊乃恒真空獲得設備冶金工業(yè)出版社1999［13］合工大真空教研室真空系統(tǒng)設計與計算合肥工業(yè)大學2001［14］濮良貴，紀名剛機械設計（第七版）高等教育出版社2001［15］方安平，葉衛(wèi)平Origin8.0實用指南機械工業(yè)出版社2009［16］合工大真空教研室真空物理合肥工業(yè)大學2001［17］達道安真空設計手冊（第三版）蘭州物理研究所2004［18］張以忱真空鍍膜技術冶金工業(yè)工業(yè)出版社2009［19］朱家誠機械設計課程設計書合肥工業(yè)大學出版社2005［20］丁毓峰MATLAB從入門到精通化學工業(yè)出版社20119*9孔程序如下：r0=input('r0=(mm)');r1=input('r1=(mm)');r2=input('r2=(mm)');r3=input('r3=(mm)');h=input('h=(mm)');[x,y]=meshgrid(-20:0.1:20);s1=((h.*r0)./(h.^2+(x+10).^2+(y-10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+5).^2+(y-10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+x.^2+(y-10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-5).^2+(y-10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-10).^2+(y-10).^2)).^2;s2=((h.*r0)./(h.^2+(x+10).^2+(y-5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+5).^2+(y-5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+x.^2+(y-5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-5).^2+(y-5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-10).^2+(y-5).^2)).^2;s3=((h.*r0)./(h.^2+(x+10).^2+y.^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+5).^2+y.^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+x.^2+y.^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-5).^2+y.^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-10).^2+y.^2)).^2;s4=((h.*r0)./(h.^2+(x+10).^2+(y+5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+5).^2+(y+5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+x.^2+(y+5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-5).^2+(y+5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-10).^2+(y+5).^2)).^2;s5=((h.*r0)./(h.^2+(x+10).^2+(y+10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+5).^2+(y+10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+x.^2+(y+10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-5).^2+(y+10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-10).^2+(y+10).^2)).^2;s6=((h.*r1)./(h.^2+(x+15).^2+(y-15).^2)).^2+((h.*r1)./(h.^2+(x+15).^2+(y+15).^2)).^2+((h.*r1)./(h.^2+(x-15).^2+(y-15).^2)).^2+((h.*r1)./(h.^2+(x-15).^2+(y+15).^2)).^2;s7=((h.*r0)./(h.^2+(x+10).^2+(y-15).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+5).^2+(y-15).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+x.^2+(y-15).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-5).^2+(y-15).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-10).^2+(y-15).^2)).^2;s8=((h.*r0)./(h.^2+(x-10).^2+(y+15).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-5).^2+(y+15).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+x.^2+(y+15).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+5).^2+(y+15).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+10).^2+(y+15).^2)).^2;s9=((h.*r0)./(h.^2+(x+15).^2+(y+10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+15).^2+(y+5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+15).^2+y.^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+15).^2+(y-5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x+15).^2+(y-10).^2)).^2;s10=((h.*r0)./(h.^2+(x-15).^2+(y+10).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-15).^2+(y+5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-15).^2+y.^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-15).^2+(y-5).^2)).^2+((h.*r0)./(h.^2+(x-15).^2+(y-10).^2)).^2;s11=((h.*r2)./(h.^2+(x+20).^2+(y+15).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x+20).^2+(y+10).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x+20).^2+(y+5).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x+20).^2+y.^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x+20).^2+(y-5).^2)).^2;s12=((h.*r2)./(h.^2+(x+20).^2+(y-10).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x+20).^2+(y-15).^2)).^2;s13=((h.*r2)./(h.^2+(x-20).^2+(y+15).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x-20).^2+(y+10).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x-20).^2+(y+5).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x-20).^2+y.^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x-20).^2+(y-5).^2)).^2;s14=((h.*r2)./(h.^2+(x-20).^2+(y-10).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x-20).^2+(y-15).^2)).^2;s15=((h.*r2)./(h.^2+(x-15).^2+(y+20).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x-10).^2+(y+20).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x-5).^2+(y+20).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+x.^2+(y+20).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x+5).^2+(y+20).^2)).^2;s16=((h.*r2)./(h.^2+(x+10).^2+(y+20).^2)).^2+((h.*r2)./(h.^2+(x+15).^2+(y+20).^2)).^2;s17=((h.*r2)./(h