真空获得和真空镀膜_张中月解题.ppt

真空与薄膜技术 真空镀膜技术是一种新颖的材料合成与加工的新技术，是表面工程技术领域的重要组成部分。真空镀膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆一层特殊性能的薄膜，从而使固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰等许多优于固体材料本身的优越性能，达到提高产品质量、延长产品寿命、节约能源和获得显著技术经济效益的作用。因此真空镀膜技术被誉为最具有发展前途的重要技术之一，并已在高技术产业化的发展中展现出有人的市场前景。 真空与薄膜技术 真空技术：是建立低于大气压力的物理环境，已经在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。 薄膜技术：是与薄膜制备、薄膜测试等相关的各种技术的总称。 真空与薄膜技术 真空应用 真空获得 真空测量 真空检漏 薄膜物理 薄膜制备 薄膜表征 薄膜器件 真空技术 薄膜技术 参考书目： 1、超高真空技术 邱爱叶 邵健中 编著 浙江大学出版社 1991年8月出版 2、半导体薄膜技术与物理 叶志镇 吕建国 吕斌 张银珠 编著 浙江大学出版社 2008年9月出版 3、薄膜材料-制备原理、技术及应用 唐伟忠 编著 冶金工业出版社 2003年1月出版 真空技术 第一章 真空物理 实例：真空热阻蒸发 第一节 真空的性质 一、真空的定义 “真空”：译自拉丁文Vacuo，即是虚无。 在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态，统称为真空。 气体密度越小，真空度越高。 常见的真空应用？ 物理真空： 没有任何实物粒子存在的空间，但是什么都没有的空间是不存在的。 工业真空： 指气压比一个标准大气压小的气体空间，是指稀薄的气体状态。 二、真空度的定义 真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。 气体压力的本质： 气体分子与容器器壁的不断碰撞 ？ 真空的单位： 在真空科学的不同学科领域中，由于传统习惯的差异，采用的压强单位也不同，目前常用的有以下几种： (1)毫米汞柱(mmHg): 在0 ?C时，1毫米汞柱作用在单位面积的力。 1mmHg=13.6 g/cm2 1标准大气压(atm)=760 mmHg (2)托(Torr): 1 Torr = 1 mmHg (3)帕斯卡(Pa): 压强的国际单位制 1 Pa = 1 牛顿/米2=7.5 X 10-3 Torr (4)巴(bar): 1 bar = 105 Pa 真空的分类 四、真空的作用 三、真空的性质 ?减少蒸发分子与残余气体分子的碰撞 ?抑制反应 1、降低了气体的化学活泼性，有利于储存活性金属和利用金属的特性； 2、延长了固体表面沉积气体分子层的时间，有利于分析研究清洁表面和测定气体层的作用； 3、减少了带电粒子在电场、磁场或电磁场作用下运动的碰撞损失； 4、改变了大气压下靠分子间相互作用发生的物理过程，如热、声和气体密度本身等的传播过程。 五、真空技术的作用 真空状态下，气体分子在一定时间内碰撞于固体表面上的次数减少，这将导致其具有一系列新的物化特性，如： ? 热传导与对流小 ? 氧化作用少 ? 气体污染小 ? 汽化点低 ? 高真空的绝缘性能好 真空技术的作用：是基本的实验技术之一 在近代尖端科学技术，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，其应用越来越广泛。 第二节 真空的气体动力学模型 真空环境是一种低气压状态，其状态方程为： PV=NkT 气体动力学理论能够解释真空性质与气压间的关系。 理论假设： (1)气体分子可以用不停地杂乱无章运动的硬球表示； (2)分子间以及分子与真空容器壁之间只发生弹性碰撞 从这些假设出发演绎出的许多关系和准则表明：动力学理论完全能够解释气体的性质，甚至预示气体性质。 2.1 压强 压强的本质：大量杂乱运动分子碰撞容器表面所引起的动量改变率就是气体对表面的压强。 m ：分子质量 n ：单位容积内的分子数 ：所有分子速度的方均根 2.2 分子的动能和速度 由 为使动力学理论与实验结果相一致，即： 必有： ?分子的动能： 因为质量为m，速度为 的粒子的动能为： 即：动力学理论把气体分子的平均动能与气体的绝对温度联系起来了。 ?分子的平均速度： 分子间不断地相互碰撞，使处于稳态的气体形成确定的速度分布。 在平衡状态下的单位体积内，在球坐标系所确定的速度空间中，速度体积元是： 按照统计物理学的Maxwell速度分布定律，处在速度体积元的分子数为： ?得到速度间隔内的分子数： 这是不考虑速度方向而处在相邻速度球壳之间的分子数。 按概率密度的定义，有Maxwell速度分布函数： ? 最概然速率： 利用概率密度求平均值的方法，得到气体分子的平均速度： T=300K时，空气分子的平均运动速度为460m