雷群安个人资料:真空与真空镀膜技术简介

真空技术入门真空：低于一个大气压的气体状态。1643 年，意大利物理学家托里拆利 ( E.Torricelli ) 首创著名的大气压实验，获得真空。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。1 标准大气压 =760mmHg=760( Torr )1 标准大气压 =1.013x10 5 Pa1Torr=133.3Pa目前尚无统一规定，常见的划分为：粗真空 10 5 -10 3 pa(760-10Torr)低真空 10 3 -10 -1 pa(10-10 -3 Torr)高真空 10 -1 -10 -6 pa(10 -3 -10 -8 Torr)超高真空 10 -6 -10 -10 pa(10 -8 -10 -12 Torr)极高真空 <10 -10=""><10 -12="" torr)电子技术、航空航天技术、加速器、表面物理、微电子、材料科学、医学、化工、工农业生产、日常生活等各个领域。真空获得="" —="" 真空泵1654="" 年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。原理：当泵工作后，形成压差，="" p1="">p2 ，实现了抽气。气体传输泵 : 是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。气体捕集泵 : 是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。抽气速率 : 定义为在泵的进气口任意给定压强下，单位时间内流入泵内的气体体积或表示为：其中， Q 为单位时间内流入泵的气体量。泵的抽气速率 S 并不是常数，随 P 而变。极限压强： P n ( 极限真空 )最高工作压强： P m工作压强范围（ P n -P m ）：泵能正常工作的压强范围几种常用真空泵的工作压强范围：旋片机械泵 10 5 -10 -2 pa吸附泵 10 5 -10 -2 pa扩散泵 10 0 -10 -5 pa涡轮分子泵 10 1 -10 -8 pa溅射离子泵 10 0 -10 -10 pa低温泵 10 -1 -10 -11 pa工作过程是： 吸气 — 压缩 — 排气。定子浸在油中起润滑，密封和堵塞缝隙的作用。主要参量是： 抽速和极限压强。由于极限压强较高， 常用做前级泵 ( 预抽泵 ) 。旋片式机械泵工作过程是：油蒸发 — 喷射 — 凝结，重复循环由于射流具有高流速 ( 约 200 米 / 秒 ) 、高密度、高分子量 (300—500) ，故能有效地带走气体分子。扩散泵不能单独使用，一般采用机械泵为前级泵，以满足出口压强 ( 最大 40Pa) ，如果出口压强高于规定值，抽气作用就会停止。1. 水冷套； 2. 喷油嘴； 3. 导流管； 4. 泵壳； 5. 加热器工作过程是：高速旋转叶片 (30000 转 / 分 )— 对气体分子施以定向动量 — 压缩 — 排气。优点：无油，洁净，启动快，制动快，可忍受大气冲击。缺点：由于高速旋转，不能在磁场中使用，否则会产生涡流，导致叶轮发热、变形等严重后果，对氢气等轻质气体抽速较小， 价格昂贵。1. 动叶轮； 2. 泵壳； 3. 涡轮排； 4. 中频电动机； 5. 底座；6. 出气口法兰； 7. 润滑油池； 8. 静叶轮； 9. 电机冷却水管 .真空的测量 — 真空计直接测量真空度的量具，如 U 型计、压缩真空计 ( 麦克劳真空计 ) 。压缩型真空计 测量范围： 10 3 ～ 10 -3 PaU 型计 测量范围： 10 5 ～ 10 Pa直接测量与压强有关的物理量，再与绝对真空计相比较进行标定的真空计。测量范围： 100 -10 -1Pa测量下限：热丝温度较高，气体分子热传导很小，热丝引线本身的热传导和热辐射引起的热量减小占主导地位，这两部分与压强无关。热电偶规管及其电路原理原理：电子与气体分子碰撞引起分子电离，形成电子和正离，电子最终被加速极收集，正离子被收集极接收形成离子流：I + = kI e p = cp其中， k 称为电离计的灵敏度，是单位电子电流、单位压强下的离子流。测量范围： 1.33 × 10 -1 ～ 1.33 × 10 -5 Pa测量下限：高速电子打到加速极 G → G 产生软 x 射线 →软 x 射线射向收集极 c → 收集极 c 产生光电发射 → 产生电子流 Ix → I x 与 I + 方向相反，与压强无关。电离规管电离计线路图理论解释：当 p 较高时， k x / p < k="" ，此时当="" p="" 很低时，="" k="" x="" p="">> k ，此时I + 与压强无关50 年代初， Bayard 和 Alpert 经过改进电离规，减小光电流，减小受照面积，制成 B-A 规，收集极面积减小了 100—1000 倍，测量下限也降低 100—1000 倍。Ф 0.2mm 的钨丝测量下限可达 10 -8 ~10 -9 paФ 4 μ m 的钨丝测量下限可达 10 -10 paB-A 真空规管1. 离子收集极； 2. 加速极（栅极） 3. 阴极灯丝； 4. 外壳真空镀膜真空系统 (DM—300 镀膜机 )蒸发系统蒸发源的形状如下图，大致有螺旋式 (a) 、篮式 (b) 、发叉式 (c) 和浅舟式 (d) 等。蒸发源在真空中气体分子的平均自由程为： L = 0.65 / p (cm) ，其中 p 的单位是 Pa 。当 p = 1.3 × 10 -3 Pa 时， L ≈ 500 cm 。 L>> 基片到蒸发源的距离，分子作直线运动。设蒸发源为点蒸发源，单位时间内通过任何方向一立体角 d ω的质量为：蒸发物质到达任一方向面积元 ds 质量为：设蒸发物的密度为ρ，单位时间淀积在 ds 上的膜厚为 t ，则：比较以上两式可得：对于平行平面 ds ，φ = θ，则上式为：由：可得：在点源的正上方区域 ( δ =0) 时：干涉条纹间距Δ 0 ，条纹移动Δ，台阶高为测出Δ 0 和Δ，即可测得膜厚 t ，其中λ为单色光波长，如用白光，λ取如果薄膜面积 A ，密度ρ和质量 m 可以被精确测定的话，膜厚 t 就可以计算出来：广泛应用于薄膜淀积过程中厚度的实时测量，主要应用于淀积速度，厚度的监测，还可以反过来（与电子技术结合）控制物质蒸发或溅射的速率，从而实现对于淀积过程的自动控制。