真空技术基础.ppt

第二讲 真空技术基础 Fundamentals of vacuum technology 要 点 气体分子运动论的基本概念 真空获得的手段 真空度的测量 根据Knudsen准数Kn: Kn1: 分子流状态 Kn110 粘滞流状态 气体分子对单位面积表面的碰撞频率，称单位面积上气体分子的通量 在薄膜技术领域，人为地将真空环境粗略地划分为: 低真空 102 Pa 中真空 102 ?10-1 Pa 高真空 10-1 ?10-5 Pa 超高真空 10-5 Pa 真空系统中，气体的通过能力称之为流导C 不同形状管路的流导已被编制成图表 不同流导C1、C2、C3间可相互串联或并联，构成总流导C 串联流导： 并联流导： （就象描述气体流动的欧姆定律） 为获得真空环境，需要选用不同的真空泵，而它们的一个主要指标是其抽速Sp，其定义为 ( L/s ) 真空泵的抽速Sp与管路的流导C有着相同的物理量纲，且二者对维持系统的真空度起着同样重要的作用 第一讲 小结 薄膜材料在现代科技领域占有重要的地位，可作为大家今后作为材料科学家或工程师的职业方向 真空技术是现代薄膜材料技术的基础 不同的薄膜制备方法涉及到不同的真空环境——真空度 不同的真空度需要采用不同的真空获得方法与真空测量方法 基本概念复习 为什么在薄膜制备技术的讨论中，先要讨论真空环境与真空技术？ 熟悉真空度的物理单位及其相互换算。 根据气体流动状态所表现出的特性，我们是如何划分气体流动状态的？ 说明分子通量的物理意义？讨论分子通量是如何影响薄膜纯度和薄膜沉积速率的。 了解真空泵的主要性能指标。 了解主要的真空泵种类。 了解主要的真空测量方法。 简要说明典型薄膜制备系统的组成。 思 考 题 1. 使用真空泵系统对30升的真空系统抽真空到10-6Torr。关闭真空系统3分钟后，系统压力升至10-5Torr。 （1）求系统的压力升高率（Torr·L/s) （2）求使用抽速为Sp=40L/s的真空泵时，系统可以达到的极限真空度。 2. 为电子显微镜和真空退火炉（压力均为10-5 Torr)选配真空泵和真空计。设D=50cm, 计算Kn和气体分子的运动状态。 思 考 题 3. 设薄膜制备设备的气体输入速率为75Torr·L/min，若需要保持系统的压力为1Torr, 求需要的真空泵抽气速率Sp。 4. 设M=12, T=300K, P=10Pa, 求薄膜的沉积速率（nm/s）。 目前，SEM已经成为材料研究的重要（最重要）工具。 与光学显微镜相比，两个特点： 1）放大倍率范围大（10-100,1000），相对光镜 的约2000倍 2）景深提高约300倍 涡轮分子泵的抽速曲线 涡轮分子泵的极限真空度达10-8Pa，适用的压力范围在1?10-8Pa之间 隔膜真空泵的外形图 隔膜泵的能力较小(1L/s) ，极限真空度较差(100Pa)，但无油污染问题 干泵系统的外形图 干泵的能力较大(100L/s) ，极限真空度较高(10-2Pa)，无严重的油污染问题 低温吸附 (液氦冷凝) 泵的外形图 低温吸附 (液氦冷凝) 泵的结构示意图 低温吸附泵的极限真空度可达10-8Pa。其效能取决于所用的低温温度、被吸附气体的种类、数量、吸附表面的面积等 溅射离子泵的外形图 溅射离子泵的结构示意图 溅射离子泵的极限真空度可以达到10-9Pa 常用真空泵的工作范围 不同泵种的工作压力范围不同。因而常将两种或三种真空泵结合起来组成真空机组 真空测量方法的分类 (各种物理的方法) 热电势法 电阻法 电离法 电容法 …… 热偶式的真空规 热偶规仅适用于0.1?100Pa的低真空范围 皮拉尼电阻真空规 皮拉尼电阻真空规 其原理、真空测量范围与热偶规相似 电离式真空规 电离式真空规 电离真空规可测量的压力范围为1Pa-10-7Pa 薄膜式电容真空规 薄膜式电容真空规 薄膜规线性度好，但其探测下限约为10-3Pa 压阻式真空规 利用Si元件的压阻特性，测量范围10-105Pa 常用真空测量方法的适用范围 不同的真空测量方法所适用的压力范围不同。因此常将不