真空與真空鍍膜技術(shù)簡介

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1、真空與真空鍍膜技術(shù)簡介,一. 真空技術(shù)入門,真空：低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)。 1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利(E.Torricelli) 首創(chuàng)著名的大氣壓實(shí)驗(yàn)，獲得真空。 自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存在于宇 宙空間。 人為真空：用真空泵抽掉容器中的氣體。,真空量度單位 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=760(Torr) 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.013x105 Pa 1Torr=133.3Pa,真空區(qū)域的劃分 目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，常見的劃分為： 粗真空 低真空 高真空 超高真空 極高真空,真空技術(shù)的應(yīng)用 電子技術(shù)、航空航天技術(shù)、加速器、表面物理、微電子、材料科學(xué)、

2、醫(yī)學(xué)、化工、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。,二. 真空獲得真空泵,1654年，德國物理學(xué)家葛利克發(fā)明了抽氣泵，做了著名的馬德堡半球試驗(yàn)。 原理：當(dāng)泵工作后，形成壓差，p1 p2，實(shí)現(xiàn)了抽氣。,真空泵的分類,氣體傳輸泵: 是一種能將氣體不斷地吸入并排出泵外 以達(dá)到抽氣目的的真空泵，例如旋片 機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵、渦輪分子泵。 氣體捕集泵: 是一種使氣體分子短期或永久吸附、凝 結(jié)在泵內(nèi)表面的真空泵，例如分子篩 吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵、低溫 泵和吸氣劑泵。,真空泵的主要參數(shù),抽氣速率: 定義為在泵的進(jìn)氣口任意給定壓強(qiáng)下，單位時(shí)間內(nèi)流入泵內(nèi)的氣體體積

3、 或表示為： 其中，Q為單位時(shí)間內(nèi)流入泵的氣體量。 泵的抽氣速率S并不是常數(shù)，隨P而變。,,極限壓強(qiáng) (極限真空) 最高工作壓強(qiáng) 工作壓強(qiáng)范圍（ ） 泵能正常工作的壓強(qiáng)范圍 幾種常用真空泵的工作壓強(qiáng)范圍 旋片機(jī)械泵 吸附泵 擴(kuò)散泵 渦輪分子泵 濺射離子泵 低溫泵,幾種常用真空泵的工作原理1. 旋片機(jī)械泵,工作過程是： 吸氣壓縮排氣。 定子浸在油中起潤滑，密封和堵塞縫隙的作用。 主要參量是： 抽速和極限壓強(qiáng)。 由于極限壓強(qiáng)較高， 常用做前級泵(預(yù)抽泵)。,旋片式機(jī)械泵,2. 油擴(kuò)散泵,是：油蒸發(fā)噴射凝結(jié)，重復(fù)循環(huán) 由于射流具有工作過程高流速(約200米/秒

4、)、高密度、高分子量(300500)，故能有效地帶走氣體分子。 擴(kuò)散泵不能單獨(dú)使用，一般采用機(jī)械泵為前級泵，以滿足出口壓強(qiáng)(最大40Pa)，如果出口壓強(qiáng)高于規(guī)定值，抽氣作用就會停止。,水冷套； 2. 噴油嘴； 3. 導(dǎo)流管； 4. 泵殼； 5. 加熱器,3.渦輪分子泵,工作過程是：高速旋轉(zhuǎn)葉片(30000轉(zhuǎn)/分)對氣體分子施以定向動量壓縮排氣。 優(yōu)點(diǎn)：無油，潔凈，啟動快，制動快，可忍受大氣沖擊。 缺點(diǎn)：由于高速旋轉(zhuǎn)，不能在磁場中使用，否則會產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致葉輪發(fā)熱、變形等嚴(yán)重后果，對氫氣等輕質(zhì)氣體抽速較小， 價(jià)格昂貴。,1. 動葉輪；2. 泵殼；3. 渦輪排； 4. 中頻電動機(jī)；5. 底座；6.

5、 出氣口法蘭； 7. 潤滑油池；8. 靜葉輪；9. 電機(jī)冷卻水管.,三. 真空的測量真空計(jì)1. 絕對真空計(jì),直接測量真空度的量具，如U型計(jì)、壓縮真空計(jì)(麥克勞真空計(jì)) 。,,壓縮型真空計(jì) 測量范圍：103 10-3 Pa,U型計(jì) 測量范圍：105 10 Pa,2. 相對真空計(jì),2.1 熱偶真空計(jì)(熱傳導(dǎo)真空計(jì)) 測量范圍：100 10-1 Pa 測量下限：熱絲溫度較高，氣體分子熱傳導(dǎo)很小，熱絲引線本身的熱傳導(dǎo)和熱輻射引起的熱量減小占主導(dǎo)地位，這兩部分與壓強(qiáng)無關(guān)。,熱電偶規(guī)管及其電路原理,直接測量與壓強(qiáng)有關(guān)的物理量，再與絕對真空計(jì)相比較進(jìn)行 標(biāo)定的真空計(jì)。,2.2 熱陰極電離真空計(jì) 原理：電

6、子與氣體分子碰撞引起分子電離，形成電子和正離，電子最終被加速極收集，正離子被收集極接收形成離子流： I+ = kIep = cp 其中，k稱為電離計(jì)的靈敏度，是單位電子電流、單位壓強(qiáng)下的離子流。 測量范圍：1.3310-1 1.3310-5 Pa 測量下限：高速電子打到加速極G G產(chǎn)生軟x射線 軟x射線射向收集極c 收集極c產(chǎn)生光電發(fā)射 產(chǎn)生電子流Ix Ix與I+方向相反，與壓強(qiáng)無關(guān)。,電離計(jì)線路圖,電離規(guī)管,理論解釋： 當(dāng)p較高時(shí)，kx / p k，此時(shí) 與壓強(qiáng)無關(guān),,2.3 BA真空計(jì) (超高真空熱陰極電離計(jì)),50年代初，Bayard 和Alpert經(jīng)過改進(jìn)電離

7、規(guī)，減小光電流，減小受照面積，制成B-A規(guī)，收集極面積減小了1001000倍，測量下限也降低1001000倍。 0.2mm的鎢絲測量下限可達(dá)10-8 10-9 pa 4 m 的鎢絲測量下限可達(dá)10-10 pa,B-A真空規(guī)管 離子收集極；2. 加速極（柵極） 3. 陰極燈絲；4. 外殼,四. 真空鍍膜,真空濺射：當(dāng)高能粒子(電場加速的正離子)打在固體表 面時(shí)，與表面的原子、分子交換能量，從而使這 些原子、分子飛濺出來。 真空蒸發(fā)：在真空中把制作薄膜的材料加熱蒸發(fā)，使其 淀積在適當(dāng)?shù)谋砻嫔稀? 真空蒸發(fā)鍍膜簡介 真空系統(tǒng)(DM300鍍膜機(jī)),真空系統(tǒng)(DM300鍍膜機(jī))

8、,蒸發(fā)系統(tǒng),蒸發(fā)源,蒸發(fā)源的形狀如下圖，大致有螺旋式(a)、籃式(b)、發(fā)叉 式(c)和淺舟式(d)等。,膜厚的計(jì)算：,在真空中氣體分子的平均自由程為：L = 0.65 / p (cm)，其中p的單位是Pa。 當(dāng)p = 1.310-3 Pa時(shí)，L500 cm。 L基片到蒸發(fā)源的距離，分子作 直線運(yùn)動。,設(shè)蒸發(fā)源為點(diǎn)蒸發(fā)源，單位時(shí)間內(nèi)通過任何方向一立體角d的質(zhì)量為： 蒸發(fā)物質(zhì)到達(dá)任一方向面積元ds質(zhì)量為 設(shè)蒸發(fā)物的密度為，單位時(shí)間淀積在ds上的膜厚為t， 則 比較以上兩式可得,對于平行平面ds，=， 則上式為 由 可得 在點(diǎn)源的正上方區(qū)域 (=0)時(shí)，,薄膜厚度的測量,1. 干涉顯微鏡法 干涉條紋間距0 ，條紋移動，臺階高為 ，測出 0 和，即可測得膜厚t 其中為單色光波長，如用白光，取,,2 稱重法 如果薄膜面積A，密度和質(zhì)量m可以被精確測定的話， 膜厚t就可以計(jì)算出來： 3 石英晶體振蕩器法 廣泛應(yīng)用于薄膜淀積過程中厚度的實(shí)時(shí)測量，主要應(yīng)用于淀積速度，厚度的監(jiān)測，還可以反過來（與電子技術(shù)結(jié)合）控制物質(zhì)蒸發(fā)或?yàn)R射的速率，從而實(shí)現(xiàn)對于淀積過程的自動控制。,謝 謝！,