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1、真空与真空镀膜技术简介,一.真空技术入门,真空：低于一个大气压的气体状态。1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇 宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。,真空量度单位1标准大气压=760mmHg=760(Torr)1标准大气压=1.013x105 Pa1Torr=133.3Pa,真空区域的划分 目前尚无统一规定，常见的划分为：粗真空 低真空 高真空 超高真空 极高真空,真空技术的应用 电子技术、航空航天技术、加速器、表面物理、微电子、材料科学、医学、化工、工农业生产、日常生活等各个领域。,
2、二.真空获得真空泵,1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。原理：当泵工作后，形成压差，p1 p2，实现了抽气。,真空泵的分类,气体传输泵:是一种能将气体不断地吸入并排出泵外 以达到抽气目的的真空泵，例如旋片 机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。气体捕集泵:是一种使气体分子短期或永久吸附、凝 结在泵内表面的真空泵，例如分子筛 吸附泵、鈦升华泵、溅射离子泵、低温 泵和吸气剂泵。,真空泵的主要参数,抽气速率:定义为在泵的进气口任意给定压强下，单位时间内流入泵内的气体体积 或表示为：其中，Q为单位时间内流入泵的气体量。泵的抽气速率S并不是常数，随P而变。,极限压强(极限真空)
3、最高工作压强工作压强范围（）泵能正常工作的压强范围几种常用真空泵的工作压强范围 旋片机械泵 吸附泵 扩散泵 涡轮分子泵 溅射离子泵 低温泵,几种常用真空泵的工作原理1.旋片机械泵,工作过程是：吸气压缩排气。定子浸在油中起润滑，密封和堵塞缝隙的作用。主要参量是：抽速和极限压强。由于极限压强较高，常用做前级泵(预抽泵)。,旋片式机械泵,2.油扩散泵,是：油蒸发喷射凝结，重复循环由于射流具有工作过程高流速(约200米/秒)、高密度、高分子量(300500)，故能有效地带走气体分子。扩散泵不能单独使用，一般采用机械泵为前级泵，以满足出口压强(最大40Pa)，如果出口压强高于规定值，抽气作用就会停止。,
4、水冷套；2.喷油嘴；3.导流管；4.泵壳；5.加热器,3.涡轮分子泵,工作过程是：高速旋转叶片(30000转/分)对气体分子施以定向动量压缩排气。优点：无油，洁净，启动快，制动快，可忍受大气冲击。缺点：由于高速旋转，不能在磁场中使用，否则会产生涡流，导致叶轮发热、变形等严重后果，对氢气等轻质气体抽速较小，价格昂贵。,1.动叶轮；2.泵壳；3.涡轮排；4.中频电动机；5.底座；6.出气口法兰；7.润滑油池；8.静叶轮；9.电机冷却水管.,三.真空的测量真空计1.绝对真空计,直接测量真空度的量具，如U型计、压缩真空计(麦克劳真空计)。,压缩型真空计测量范围：103 10-3 Pa,U型计测量范围：
5、105 10 Pa,2.相对真空计,2.1 热偶真空计(热传导真空计)测量范围：100 10-1 Pa 测量下限：热丝温度较高，气体分子热传导很小，热丝引线本身的热传导和热辐射引起的热量减小占主导地位，这两部分与压强无关。,热电偶规管及其电路原理,直接测量与压强有关的物理量，再与绝对真空计相比较进行标定的真空计。,2.2 热阴极电离真空计原理：电子与气体分子碰撞引起分子电离，形成电子和正离，电子最终被加速极收集，正离子被收集极接收形成离子流：I+=kIep=cp 其中，k称为电离计的灵敏度，是单位电子电流、单位压强下的离子流。测量范围：1.3310-1 1.3310-5 Pa测量下限：高速电子
6、打到加速极G G产生软x射线 软x射线射向收集极c 收集极c产生光电发射 产生电子流Ix Ix与I+方向相反，与压强无关。,电离计线路图,电离规管,理论解释：当p较高时，kx/p k，此时 与压强无关,2.3 BA真空计(超高真空熱阴极电离计),50年代初，Bayard 和Alpert经过改进电离规，减小光电流，减小受照面积，制成B-A规，收集极面积减小了1001000倍，测量下限也降低1001000倍。0.2mm的钨丝测量下限可达10-8 10-9 pa4 m 的钨丝测量下限可达10-10 pa,B-A真空规管离子收集极；2.加速极（栅极）3.阴极灯丝；4.外壳,四.真空镀膜,真空溅射：当高
7、能粒子(电场加速的正离子)打在固体表 面时，与表面的原子、分子交换能量，从而使这 些原子、分子飞溅出来。真空蒸发：在真空中把制作薄膜的材料加热蒸发，使其 淀积在适当的表面上。真空蒸发镀膜简介 真空系统(DM300镀膜机),真空系统(DM300镀膜机),蒸发系统,蒸发源,蒸发源的形状如下图，大致有螺旋式(a)、篮式(b)、发叉式(c)和浅舟式(d)等。,膜厚的计算：,在真空中气体分子的平均自由程为：L=0.65/p(cm)，其中p的单位是Pa。当p=1.310-3 Pa时，L500 cm。L基片到蒸发源的距离，分子作直线运动。,设蒸发源为点蒸发源，单位时间内通过任何方向一立体角d的质量为：蒸发物质到达任一方向面积元ds质量为 设蒸发物的密度为，单位时间淀积在ds上的膜厚为t，则 比较以上两式可得,对于平行平面ds，=，则上式为 由 可得在点源的正上方区域(=0)时，,薄膜厚度的测量,1.干涉显微镜法 干涉条纹间距0，条纹移动，台阶高为，测出 0 和，即可测得膜厚t 其中为单色光波长，如用白光，取,2 称重法 如果薄膜面积A，密度和质量m可以被精确测定的话，膜厚t就可以计算出来：3 石英晶体振荡器法 广泛应用于薄膜淀积过程中厚度的实时测量，主要应用于淀积速度，厚度的监测，还可以反过来（与电子技术结合）控制物质蒸发或溅射的速率，从而实现对于淀积过程的自动控制。,谢 谢！,
