薄膜物理与技术1_真空技术基础宋春元2014

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1、第一章真空技术基础真空的基本知识稀薄气体的基本性质真空的获得真空的测量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！1真空技术基础1.1真空的基本知识中学物理内容：1643年托里切利(Torricelli)著名的大气压实验为人类首次揭示了真空这个物理状态的存在！管内水银柱上方空间内，因已排除空气的存在而形成真空(托里切利真空)图中A、

2、B、C三点压力相等，A、C点：大气压；B点：水银柱产生的压力换句话说：可用水银柱产生的压力作为大气压力的量度!把高度为760mm的水银柱所产生的压力定义为1个大气压(1atm)1atm=760mmHg！结果：得到了“真空”的物理存在和大气压的定义与量度依据！1.1真空的基本知识概念：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

3、术的极限：每cm3空间内仅有数百个气体分子对应气压10-12Pa绝对真空是不存在的！1真空技术基础1.1真空的基本知识1.1.1真空的定义及其度量单位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：1N＝105dyne＝0.225lbf1atm＝760mmHg（torr）＝1.013×105Pa＝1.013bar1真空技术基础1.1真空的基本知识法定计量单位标准大

4、气压定义?1真空技术基础1.1真空的基本知识1.1.1真空的定义及其度量单位目前标准大气压定义：0oC，水银密度；重力加速度时，760mm水银柱所产生的压强为1标准大气压，用atm表示，则：在此基础上，可以导出压强的非法定单位与帕之间的关系.标准大气压定义1.1.1真空的定义及其度量单位不同真空度单位制间的换算关系：说明：1、mmHg是人类使用最早、最广泛的压强单位；1958年为纪念托里切利，用托（torr）代替了mmHg：1torr＝1mmHg2、早期的真空度计量常以torr或mbar为单位；目前随着标准化

5、进程的推进，SI（MKS）制单位应用日渐广泛真空度用Pa作单位torr/mmHgPabaratmPSI1torr(1mmHg)1.333×102(1.013×105/760)1.333×10-3(1.013/760)1.316×10-3(1/760)1.9337×10-21Pa7.501×10-3(760/1.013×105)10-59.869×10-6(1/1.013×105)1.4504×10-41bar7.501×1021059.869×10-11.4504×1011atm760.01.013×1051.

6、0131.4696×1011PSI51.71496.8948×1036.8948×10-26.8046×10-2法定计量单位1真空技术基础1.1真空的基本知识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）式中：n—分子密度(个/m3)；k—玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/K；P—气体压强(Pa)；T—气体温度(K)；V—气体体积(m3)；m—气体质量(kg)；M—气体分子量(kg/mol)；R—普适气体常数，R=NA·k=8.314J/mol·K；NA—Avogadro常数，6.02×1023

7、个/mol；Avogadro定律：一定温度、压力下，各种气体单位体积内含有的分子数相同。理想气体状态方程：或（1）波义耳定律T恒定（2）盖吕萨克定律P恒定（3）查理定律V恒定1真空技术基础1.2稀薄气体的性质气体分子密度1.2.2气体分子的速度分布在平衡状态时，分布在任一速度区间v～v+dv内，分子的几率，满足麦克斯韦-波尔兹曼分布：麦克斯韦速度分布函数物理意义是：速率在v附近的单位速率区间的分子数占分子总数的百分比；或者说一个分子的速率在速率v附近单位速率区间的概率。因此，也叫做分子速率分布的概率密度。1真空

8、技术基础1.2稀薄气体的性质1.2.2气体分子的速度分布1真空技术基础1.2稀薄气体的性质平衡温度越低，曲线越陡，分子按速率分布越集中；温度越高，曲线越平缓，分子按速率分布越分散。1.最可几速率（速率极大值?）2.平均速率3.均方根速率讨论速度分布计算分子运动平均距离计算分子平均动能1.2.2气体分子的速度分布1真空技术基础1.2稀薄气体的性质物理意义是：若把整个速率范围