薄膜物理与技术-1 真空技术基础PPT.ppt

第一章 真空技术基础;真空与薄膜材料与技术有何关系？ ? 几乎所有的现代薄膜材料制备都需要在真空或较低的气压条件下进行 ? 都涉及真空下气相的产生、输运和反应过程； 了解真空的基本概念和知识，掌握真空的获得和测量技术基础知识 ? 是了解薄膜材料制备技术的基础！;概念：利用外力将一定密闭空间内的气体分子移走， 使该空间内的气压小于 1 个大气压， 则该空间内的气体的物理状态就被称为真空。 注意：真空，实际上指的是 ? 一种低压的、稀薄的气体状态， ? 而不是指“没有任何物质存在”！ 因此，真空可分为 现代真空技术的极限：每 cm3空间内仅有数百个气体分子 ? 对应气压 ? 10-12 Pa;1.1.1 真空的定义及其度量单位 ? 真空的实质：一种低压气体物理状态 ? 真空度采用气体压强表征 ? 真空度的单位 = 气体压强的单位 ? 注意：真空度和气压的意义相反 ? 真空度? 意味着 气压? ? 主要单位制 ? 换算基础：1 N＝105 dyne＝0.225 lbf 1 atm＝760 mmHg（torr）＝1.013×105 Pa＝1.013 bar;1 真空技术基础 1.1 真空的基本知识;记忆：3344;1.1.3 气体与蒸气;1.2 稀薄气体的性质 1.2.1 理想气体定律（一定质量的气体）;1.2.2 气体分子的速度分布;1.2.2 气体分子的速度分布;1. 最可几速率（速率极大值?）;例1．??计算400K温度下氧气的方均根速率、平均速率和最可几速率。;空气25℃时;气体吸附： 气体吸附就是固体表面俘获气体分子的现象。 分为物理吸附和化学吸附。 物理吸附靠分子间的相互吸引引起的，任何气体在固体表面均会发生，吸附后容易脱附。 化学吸附在较高温度下发生，只有当气体与固体表面原子接触生成化合物时才能产生吸附作用，气体不易脱附。 ;1.2.4 碰撞次数与余弦散射定律;衬底完全被一层分子覆盖所需时间：;例1，求0℃，P = 1.3 ? 10-4Pa氧气， 1）气体分子密度；2) 分子平均速度；3）平均自由程；4）碰撞次数；5）固体表面形成形成单分子层的时间；6）每分钟成膜厚度。 （已知0℃氧气分子直径3.6 ? 10-8 cm，单分子层分子数8.7 ? 1014 个/ cm2）;1 真空技术基础 1.2 稀薄气体的性质;1 真空技术基础 1.2 稀薄气体的性质;反射情况;余弦定律（又称克努曾定律），重要意义在于：; 想要得到高纯度的薄膜，就必须尽量在较高真空度的环境下，或是在不会与薄膜材料产生反应的氩气等的惰性气体中进行。 （1）避免被蒸发分子或原子与气体分子发生碰撞； （2）避免被蒸发分子或原子与气体分子发生反应。 特例：也有故意让原料气体和其它气体发生反应而产生新的性质优良的材料的情形，这种称为反应性溅镀或是反应性蒸镀。;1 真空技术基础 1.2 稀薄气体的性质;真空度对薄膜质量的影响;1 真空技术基础 1.2 稀薄气体的性质;1 真空技术基础 1.3 真空的获得;气体流动可按克努森准数来划分： Kn = D/? D为容器尺寸； ?为平均自由程 分子流状态：Kn? 1 中 间 状 态：Kn=1~110 粘滞流状态：Kn ? 110;目前常用获得真空的设备有： 旋转式机械真空泵 油扩散泵 复合分子泵 分子筛吸附泵 钛升华泵 溅射离子泵 低温泵;极限真空（极限压强Pu）和抽气速率;;1.3 真空的获得－抽真空;;;泵油要求： 化学稳定性好（无毒、无腐蚀） 热稳定性好（高温不分解） 抗氧化 较低的饱和蒸气压（小于等于10-4Pa） 工作时应有尽可能高的蒸气压;;;1.2.5 罗茨泵;1.2.5 罗茨泵;工作原理： 依靠高压阴极发射出的高速电子与残余气体分子相互碰撞后引起气体电离放电，而电离后的气体分子在高速撞击阴极时又会溅射出大量的Ti原子。由于Ti原子的活性很高，因而它将以吸附或化学反应的形式捕获大量的气体分子并在泵体内沉积下来，实现超高真空的获得。 工作参数： 实际抽速： 决定于泵体口径和阴极高压 极限真空：10-8 Pa