光学镀膜真空技术浅析.ppt

真空技术 前言 1643年，意大利物理学家托里折利演示了著名的大气压实验，揭示了“真空”这一物理状态。 为了使被研究的样品不被周围气氛所污染，获取“原子清洁”的表面，薄膜制备和衬底表面形成过程往往是在真空或超高真空中进行的。目前，人们所广泛使用的薄膜制备系统都具有真空系统，光学镀膜也是如此。不管是采用蒸镀还是溅射方式，都必须在真空环境下进行。“真空”是光学镀膜技术的基础。了解与镀膜相关的真空知识对于掌握镀膜工艺和操作至关重要。 一、真空基础 真空的定义 真空现象 真空的衡量 真空的划分 真空的获得 真空的获得 最常见泵的工作原理 5、相对湿度较高或被抽气体中含水汽等可凝性蒸汽时，应使用气镇阀。 6、按说明书推荐选用真空泵油。注意酯类真空泵油不可与矿物油型真空泵油和其他油类混用，必须严格清洗后才能换入酯类真空泵油。 7、检查泵的极限压力以压缩式水银真空计为准。全压力计应注意做好计与规管的配对校准和备用比对规管。建议在规管与被测泵之间装一球阀。不测时关阀，可延长规管使用时间。 气镇阀工作原理 由于大气中都含有一定量的水蒸气，所以泵工作时所抽除的气体多是某些可凝性气体和永久性气体的混合物。这种混合气体在泵内被压缩排气的过程中，如果可凝性气体的分压力超过了泵温下的饱和蒸气压，那么它们就会凝结并与泵油混合，随油一起循环。当它们返回到高真空端时又重新蒸发变成蒸汽。随着泵的运转，凝结物不断增加，使泵的极限真空和抽速降低。当抽除的气体中湿度较大时，泵油的污染更加严重，使泵的密封、润滑和冷却性能变差，以至于经常更换新油。 气镇法是防止蒸汽凝结从而避免油污染的有效方法。这种方法是将室温干燥的空气经气镇孔进入泵的压缩腔中与被抽气体相混合。当把这种混合气体压缩到排气压力时，由于掺气作用使得其中的蒸汽分压能保持在泵温状态的饱和蒸气压以下，因而蒸汽不会凝结而与其它气体一起被排至泵外。被抽气体中蒸汽的含量越多，掺入的干燥气体量就需越多。 在实际应用中怎样合理利用气镇排除可凝气体: 众所周知，可凝气体的凝结取决于它的分压和温度。 抽排可凝气体的“黄金法则”: § 在做工艺以前暖泵(开气镇工作半小时) § 工艺过程保证气镇开启 § 工艺结束后在开气镇的条件下再运行一段时间 § 在泵的耐压范围内抽排可凝气体 然而，针对我们的机器来讲，由于工作环境相当好，真空系统中的可凝气体很少，而且要求真空度较高(开气镇会降低泵的抽真空能力)，所以在实际中没有必要每次都进行这样的操作，只需要在真空泵性能降低的时候开气镇放气就可以了。 4．真空泵不可混入柴油、汽油等其它饱和蒸汽压较大的油类，以免降低极限真空。拆洗泵内零件时，一般用纱布擦拭即可以。若发现有金属碎屑、砂泥或其它有害物质必须清洗时，可用汽油等擦洗，干燥后方可装配，切忌用汽油浸泡。 5．倘若因泵需拆开清洗或检修，必须注意拆装步骤，以免损坏机件。 最常见泵的工作原理 最常见泵的工作原理 低温真空泵工作机理 1）低温冷凝。由于低温泵冷板表面温度很低，极容易将撞击其表面之气体分子粘住，使其温度急速下降而被冻结，从而减低空间中的分子数。 2）低温吸附。这是基于低温泵的吸附材料与碰撞的气体分子之间的束缚力而产生的对一些像H2和He等不易冷凝的气体分子的相对固定，尽管它们的蒸汽压力还相对较高。 3）低温捕集。两种气体同时被抽，但其中一种充当吸附剂。如：如果Ar气被冷凝成冰晶，它对其它气体来说，又相当于吸附剂及冷阱。 低温真空泵特点 ◆ 真正的无油真空泵：利用低温冷板来冷凝、吸附气体而获得和保持真空，清洁无污染； ◆ 抽速大：特别是对H2O、H2等气体抽速很大，因而排气速度比其他真空泵快，大大提高产品产出量； ◆ 适应性强：真空腔内无运动部件，来自外界的干扰或来自真空系统的微粒不影响低温泵工作； ◆ 可以安装在任何方位； ◆ 运动部件少且低速运行，寿命长； ◆ 低温泵可以达到10－9 Pa的极限真空度，部分特殊品种的极限真空度可达10－11 Pa 低温真空泵 制冷机的一级通常工作在50K—70K范围，它用来冷却靠外的冷板，这个外部冷板既为更冷的冷板充当防辐射的屏蔽，同时又用来冷却挡在泵入口处的百叶窗(障板)，当水蒸汽碰到障板上时就被冷冻在它上面，这极像液氮冷阱冷冻水蒸气的情形。 制冷机的二级，即最冷的一级，通常工作在10K—20K之间，用来冷却靠内的冷板，它冷冻穿过百叶窗的N2、O2、Ar等气体。不能被这一温度冷冻的气体被位于冷板内部的活性炭吸附。 上图表示低温泵把真空室内的压力降到极低水平的能力。它表示了低温沉积层上面平衡压力和低温沉积温度之间的关系。例如：水在760Torr压力下在373K沸腾。在273K的结冰温度上蒸汽压为4Torr。如果冰层被进一步冷却到150K，平衡蒸汽压将为4×10-8Torr。如果在制冷